FR3051219A1 - Aube de turbomachine, telle par exemple qu'un turboreacteur ou un turbopropulseur d'avion - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne une aube (3) de turbomachine, telle par exemple qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant : -un premier circuit de circulation de fluide (18) au sein de l'aube (3), - un second circuit de circulation de fluide (19) au sein de l'aube (3), -des moyens de sélection aptes à diriger le fluide majoritairement vers le premier circuit (18), dans un premier état de fonctionnement de la turbomachine et aptes à diriger le fluide majoritairement vers le second circuit (19), dans un second état de fonctionnement de la turbomachine.

Description

Aube de turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion
La présente invention concerne une aube de turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion.
Un turboréacteur à double flux comporte classiquement d'amont en aval dans le sens d’écoulement des gaz au sein du turboréacteur, une soufflante, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression, une turbine basse pression et une tuyère d'éjection des gaz. Le compresseur et la turbine haute pression sont solidaires d'un même arbre, dit haute pression, et appartiennent ainsi au corps haute pression du moteur, tandis que le compresseur et la turbine basse pression sont solidaires d'un même arbre, dit basse pression, et appartiennent ainsi au corps basse pression du moteur.
Une partie du flux d'air entraîné par la soufflante, appelé flux primaire ou flux chaud, est entraîné vers les parties du cœur du turboréacteur, à savoir vers les compresseurs basse et haute pression, la chambre de combustion et les turbines haute et basse pression. Le reste du flux d'air, appelé flux secondaire ou flux froid, est directement éjecté en sortie de la soufflante, dans une tuyère secondaire située entre le carter extérieur du cœur du turboréacteur et la nacelle de ce dernier. Une partie du flux secondaire peut éventuellement être réinjectée dans le flux primaire à des fins de refroidissement, par exemple, mais la majeure partie de ce flux secondaire n'est utilisée que pour obtenir la poussée du turboréacteur. Dans le cas des turboréacteurs à double flux à usage civil, la poussée du turboréacteur provient principalement du flux secondaire.
Comme cela est visible à la figure 1, le compresseur haute pression 1 comporte un ou plusieurs étages de compression, chaque étage comportant une roue d’aubes mobiles 2 et une roue d’aubes fixes 3.
Chaque roue 2, 3 est formée de plusieurs aubes s’étendant radialement par rapport à l’axe A de la turbomachine, et réparties autour de cet axe A.
Il est connu d’équiper les roues d’aubes fixes 3 avec des aubes dites à calage variable, également désignées sous l’acronyme anglais VSV (« Variable Stator Vane »). Des aubes de ce type sont par exemple décrites dans le document FR 2 936 560, au nom de la Demanderesse.
Une aube 3 de ce type est représentée à la figure 2. Chaque aube 3 comporte une pale 4 comprenant des surfaces d’intrados 5 et d’extrados 6 (figure 3) reliées par un bord de fuite 7 et un bord d’attaque 8 opposés. La pale 4 s’étend selon un axe B, un pivot 9, 10 s’étendant selon l’axe B de la pale 4, depuis chaque extrémité axiale de ladite pale 4.
Dans certaines phases de vol (montée, descente, approche), certaines des aubes 3 du compresseur peuvent être soumises à des conditions dites givrantes, en particulier pour une température ambiante inférieure ou égale à 0°C et lorsque l’aéronef traverse un nuage d’eau en surfusion. Ces conditions peuvent engendrer une accumulation de givre, ce qui dégrade les performances de la turbomachine. En outre, dans ces conditions, des blocs de givre sont susceptibles de se détacher et d’endommager les parties de la turbomachine situées en aval.
On notera que le même phénomène peut également être observé dans un turbopropulseur par exemple, en particulier au niveau du compresseur ou encore au niveau des redresseurs variable d’entrée.
Afin d’éviter un tel givrage, il est par exemple connu de prévoir un circuit de circulation d’air 11 au sein de la pale 4. Le circuit comporte une entrée d’air 12 située par exemple au niveau du pivot 9, le circuit 11 comportant en outre une pluralité de sorties d’air 13 réparties le long du bord de fuite 7.
Les jeux de montage entre les aubes à calage variable et les carters ou viroles correspondants 14,15 (figure 1 ) peuvent engendrer des turbulences 16. En effet, du fait de la différence de pression du côté des surfaces d’intrados 5 et d’extrados 6, des nappes de tourbillons 17 passant circonférentiellement par les jeux précités peuvent s’écouler depuis les zones de plus forte pression vers les zones de plus basse pression (figures 2 et 3). Ces nappes 17 créent des turbulences 16 en aval desdits jeux, pénalisant ainsi le rendement de la turbomachine. L’invention a notamment pour but d’apporter une solution simple, efficace et économique à ces problèmes. A cet effet, elle propose une aube de turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, comportant : - un premier circuit de circulation de fluide au sein de l’aube, - un second circuit de circulation de fluide au sein de l’aube, - des moyens de sélection aptes à diriger le fluide majoritairement vers le premier circuit, dans un premier état de fonctionnement de la turbomachine, et aptes à diriger le fluide majoritairement vers le second circuit, dans un second état de fonctionnement de la turbomachine.
Les circuits distincts peuvent notamment permettre l’écoulement de fluide au niveau de zones distinctes de la pale, en fonction des différents états de fonctionnement de la turbomachine. Le fluide est par exemple un fluide de dégivrage, tel que de l’air de dégivrage. L’air peut être prélevé en sortie du compresseur par exemple, où il est plus chaud qu’en entrée du compresseur. L’aube peut être une aube à calage variable et peut comporter une pale comprenant des surfaces d’intrados et d’extrados reliées par un bord de fuite et un bord d’attaque opposés, ladite pale s’étendant selon un axe, un pivot s’étendant selon l’axe de la pale, depuis au moins une extrémité axiale de ladite pale.
Dans ce cas, le premier circuit et le second circuit peuvent comporter respectivement au moins une première entrée de fluide et au moins une seconde entrée de fluide situées au niveau dudit pivot, les première et seconde entrées de fluide étant décalées angulairement l’une de l’autre, la première entrée de fluide et la seconde entrée de fluide appartenant aux moyens de sélection. De cette manière, un carter de la turbomachine peut comporter une buse ou une zone d’injection de fluide, destinée à être située en regard de l’entrée du premier circuit, dans un premier état de fonctionnement, et destinée à être située en regard de l’entrée du second circuit, dans un second état de fonctionnement. Les deux états de fonctionnement correspondent alors à deux positions angulaires ou calages différents de l’aube, autour de l’axe de ladite aube. L’aube peut comporter un canal de déviation, par exemple une gorge, s’étendant de la première entrée à la seconde entrée.
Le fluide peut ainsi alimenter ainsi majoritairement l’un des circuits et, dans une moindre mesure, l’autre circuit.
La section du canal de déviation est comprise entre 10 et 20 % de la section de la première entrée de fluide et/ou de la seconde entrée de fluide.
Le premier circuit peut comporter au moins une sortie de fluide débouchant au niveau du bord de fuite.
En particulier, le premier circuit peut comporter une pluralité de sorties de fluide réparties axialement le long du bord de fuite.
En variante, les sorties de fluide peuvent déboucher sur la surface d’intrados et/ou sur la surface d’extrados de la pale.
Le second circuit peut comporter au moins une sortie de fluide débouchant au niveau de l’une des extrémités axiales de la pale, par exemple à proximité du bord de fuite et/ou à proximité du bord d’attaque.
Le fluide, par exemple l’air, issu de la sortie du second circuit bloque l’écoulement de la nappe de tourbillons habituellement générée circonférentiellement dans le jeu de montage. On limite ainsi les turbulences en aval du jeu correspondant de façon à augmenter le rendement de la turbomachine.
De préférence, le second circuit peut comporter une sortie de fluide débouchant au niveau de chaque extrémité axiale de la pale, par exemple à proximité du bord de fuite et/ou à proximité du bord d’attaque. L’invention concerne également une turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, comportant au moins une aube du type précité. L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est demi-vue en coupe d’un turboréacteur de l’art antérieur, - la figure 2 est une vue en perspective illustrant une aube à calage variable de l’art antérieur, ainsi que les turbulences générées au niveau des jeux de montage de l’aube, - la figure 3 est une vue en perspective illustrant deux aubes ainsi que les turbulences générées au niveau des jeux de montage, - la figure 4 est une vue de face d’une aube à calage variable, selon une forme de réalisation de l’invention, - la figure 5 est une vue en perspective du pivot de l’aube de la figure 4, - les figures 6 et 7 sont des vues illustrant une partie des deux circuits de l’aube selon l’invention, - la figure 8 est une vue de détail de la figure 4, le carter ayant été représenté schématiquement, - la figure 9 est un vue en perspective illustrant une sortie du second canal, - la figure 10 est une vue schématique, en coupe selon un plan perpendiculaire à l’axe B de l’aube, représentant la position des entrées des circuits, dans un premier état de fonctionnement, - la figure 11 est une vue de face de l’aube selon l’invention dans laquelle sont représentés les écoulements des fluide dans les deux circuits, dans le premier état de fonctionnement de la turbomachine, - les figures 12 et 13 sont des vues correspondant respectivement aux figures 10 et 11, illustrant un second état de fonctionnement de la turbomachine.
Les figures 4 à 13 représentent une aube à calage variable 3 selon une forme de réalisation de l’invention. L’aube s’étend selon un axe B, par exemple perpendiculaire à l’axe A de la turbomachine. L’aube 3 est par exemple destinée à équiper une roue d’un étage du compresseur haute pression d’un turboréacteur. L’aube 3 comporte une pale 4 comprenant des surfaces d’intrados 5 et d’extrados 6 reliées par un bord de fuite 7 et un bord d’attaque 8 opposés, le bord de fuite 7 étant situé en aval et le bord d’attaque 8 étant situé en amont, dans le sens de circulation du flux des gaz au sein de la turbomachine.
Un premier pivot 9 cylindrique d’axe B s’étend à une première extrémité de la pale 4, radialement vers l’extérieur par rapport à l’axe A de la turbomachine. Un second pivot cylindrique 10 d’axe B, s’étend à une seconde extrémité de la pale 4, radialement vers l’intérieur par rapport à l’axe A.
Chaque pivot 9, 10 est destiné à être engagé dans un palier de forme complémentaire ménagé dans un carter 14 ou une virole 15 (figure 1)·
Un premier circuit 18 et un second circuit 19 sont ménagés au sein de l’aube 3. Les circuits 18, 19 servent notamment à l’écoulement d’un fluide de dégivrage, tel que de l’air chaud prélevé en sortie du compresseur haute pression par exemple.
Le premier circuit 18 comporte une entrée comprenant une première partie 18a s’étendant radialement par rapport à l’axe B, prolongée par une seconde partie 18b s’étendant selon l’axe B et débouchant dans une chambre interne 18c de la pale 4. Des canaux de sortie 18d s’étendent perpendiculairement à l’axe B depuis la chambre 18c jusqu’au bord de fuite 7 où ils débouchent dans la veine d’écoulement du flux primaire du turboréacteur. Les canaux de sortie 18d sont régulièrement répartis le long du bord de fuite 7.
Le chambre 19c a par exemple une forme générale de O et s’étend sur la majorité de la hauteur et de la largeur de la pale 4. On définit par hauteur de la pale 4 la dimension de la pale 4 selon l’axe B. On définit par largeur de la pale 4 la dimension de la pale 4 selon l’axe A de la turbomachine.
Le second circuit 19 comporte une entrée comprenant une première partie 19a s’étendant radialement par rapport à l’axe B, prolongée par une seconde partie 19b s’étendant selon l’axe B et débouchant dans une chambre interne de la pale en forme générale de C, dont une branche 19c s’étend au niveau du bord d’attaque de l’aube, deux branches 19d s’étendant depuis les extrémités de la branche 19c. Les branches 19d s’étendent le long des extrémités axiales de la pale 4 et débouchent par des ouvertures 19e situées à proximité du bord de fuite 7. Selon une variante non représentée, les ouvertures 19e peuvent être situées à proximité du bord d’attaque 8.
Les ouvertures 19e débouchent ainsi en regard des jeux de montage entre l’aube 4 et les carters ou viroles correspondants.
Les premières parties 18a, 19a des entrées des circuits 18, 19 s’étendent perpendiculairement à l’axe B et sont décalées angulairement l’une de l’autre, d’un angle a compris entre 50° et 80°. Les premières parties 18a, 19a ont par exemple des sections rondes et débouchent sur la surface périphérique cylindrique 20 du pivot 9. Comme cela est mieux visible à la figure 5, une gorge 21 s’étendant circonférentiellement est ménagée dans ladite surface 20, la gorge 21 reliant les débouchés des premières parties 18a, 19a des premier et second circuits 18, 19. La section de la gorge 21 est par exemple comprise entre 10 et 20 % de la section de chacune des premières parties 18a, 19a. Les premières parties 18a, 19a ont ici sensiblement la même section.
Les secondes parties 18b, 19b ont des sections en demi-cercle, orientées de façon opposée l’une par rapport à l’autre.
Le fonctionnement d’une telle aube 3 va maintenant être décrit en référence aux figures 10 à 13.
Dans un premier état de fonctionnement de la turbomachine, à savoir un fonctionnement à bas régime moteur, l’aube 3 est orientée suivant un premier calage illustré aux figures 10 et 11. Dans cette position, le palier 22 du carter 14 est équipé d’une buse 23 d’injection d’air de dégivrage qui débouche en regard de l’entrée 18a du premier circuit. Une majorité du débit d’air de dégivrage issu de la buse 23 pénètre ainsi dans le premier circuit 18 avant d’être évacuée par les canaux de sortie 18d au niveau du bord de fuite 7. Cet air tend à chauffer efficacement la quasitotalité de l’aube 3, et en particulier de la pale 4, de façon à obtenir un dégivrage efficace de l’aube 3.
Dans cette position, seule une faible partie du débit d’air de dégivrage, par exemple entre 10 et 20% du débit d’air issu de la buse 23, pénètre dans le second circuit 19 au travers de la gorge 21 et débouche avant d’être évacué par les ouvertures de sortie 19e en regard des jeux de montage.
On notera que, à bas régime, les turbulences générées au niveau des jeux de montage entre les extrémités axiales de la pale 4 et les carters 14 ou viroles 15 correspondants sont relativement faibles, de sorte que le rendement de la turbomachine n’est quasiment pas pénalisé par de tels turbulences.
Dans un second état de fonctionnement de la turbomachine, à savoir un fonctionnement à haut régime moteur, l’aube 3 est orientée suivant un seconde calage illustré aux figures 12 et 13.
Dans cette position, la buse 23 d’injection d’air de dégivrage du palier 22 du carter débouche en regard de l’entrée 19a. Une majorité du débit d’air de dégivrage issu de la buse 23 pénètre alors dans le second circuit 19 avant d’être évacuée par les ouvertures de sortie 19e en regard des jeux de montage.
Cet air tend ainsi à réduire voire empêcher l’apparition de nappes de tourbillons 17 ou de turbulences 16 au niveau des jeux de montage entre les extrémités de la pale 4 et le carter 14 ou la virole 15, de manière à améliorer sensiblement le rendement de la turbomachine.
Dans cette position, seule une faible partie du débit d’air de dégivrage, par exemple entre 10 et 20% du débit d’air issu de la buse 23, pénètre dans le premier circuit 18 au travers de la gorge 21 avant d’être évacuée au niveau de bord de fuite 7 par les canaux de sortie 18d.
On notera que le risque d’apparition de givre à haut régime est limité. Il n’est alors pas nécessaire de faire circuler un débit important de fluide au travers du premier circuit 18. Par ailleurs, à haut régime, la pression en aval du compresseur, c’est-à-dire au niveau du prélèvement d’air, est relativement importante de sorte que même une faible section de passage offre un débit d’air suffisamment important au travers du premier circuit 18.
Bien entendu, d’autres moyens de sélection pourraient être prévus pour alimenter les circuits 18 et 19, tels par exemple que des clapets.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Aube (3) de turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, comportant : -un premier circuit de circulation de fluide (18) au sein de l’aube (3), - un second circuit de circulation de fluide (19) au sein de l’aube (3), -des moyens de sélection (23, 18a, 19a) aptes à diriger le fluide majoritairement vers le premier circuit (18), dans un premier état de fonctionnement de la turbomachine et aptes à diriger le fluide majoritairement vers le second circuit (19), dans un second état de fonctionnement de la turbomachine.
  2. 2. Aube (3) selon la revendication 1, caractérisée en ce que l’aube (3) est une aube à calage variable et comporte une pale (4) comprenant des surfaces d’intrados (5) et d’extrados (6) reliées par un bord de fuite (7) et un bord d’attaque (8) opposés, ladite pale (4) s’étendant selon un axe (B), un pivot (9) s’étendant selon l’axe (B) de la pale (4), depuis au moins une extrémité axiale de ladite pale (4).
  3. 3. Aube (3) selon la revendication 2, caractérisée en ce que le premier circuit (18) et le second circuit (19) comportent respectivement au moins une première entrée de fluide (18a) et au moins une seconde entrée de fluide (19a) situées au niveau dudit pivot (9), la première et la seconde entrée de fluide (18a, 19a) étant décalées angulairement l’une de l’autre, la première entrée de fluide (18a) et la seconde entrée de fluide (19a) appartenant aux moyens de sélection.
  4. 4. Aube (3) selon la revendication 3, caractérisée en ce qu’elle comporte un canal de déviation, par exemple une gorge (21), s’étendant de la première entrée (18a) à la seconde entrée (19a).
  5. 5. Aube (3) selon la revendication 4, caractérisée en ce que la section du canal de déviation (21) est comprise entre 10 et 20 % de la section de la première entrée de fluide (18a) et/ou de la seconde entrée de fluide (19a).
  6. 6. Aube (3) selon l’une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que le premier circuit (18) comportant au moins une sortie de fluide (18d) débouchant au niveau du bord de fuite (7).
  7. 7. Aube (3) selon la revendication 6, caractérisée en ce que le premier circuit (18) comporte une pluralité de sorties de fluide (19d) réparties axialement le long du bord de fuite (7).
  8. 8. Aube (3) selon l’une des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que le second circuit (19) comporte au moins une sortie de fluide (19e) débouchant au niveau de l’une des extrémités axiale de la pale (4), par exemple à proximité du bord de fuite (7) et/ou à proximité du bord d’attaque (8).
  9. 9. Aube (3) selon la revendication 8, caractérisée en ce que le second circuit (19) comporte une sortie de fluide (19e) débouchant au niveau de chaque extrémité axiale de la pale (4), par exemple à proximité du bord de fuite (7) et/ou à proximité du bord d’attaque (8).
  10. 10. Turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, comportant au moins une aube (3) selon l’une des revendications 1 à 9.
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