FR3053786A1 - Dispositif de mesure de grandeurs aerodynamiques destine a etre place dans une veine d'ecoulement d'une turbomachine - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques destiné à être placé dans une veine d'écoulement d'une turbomachine comportant : - un corps (2) profilé, présentant une partie amont (5) formant bord d'attaque, et une partie aval (6) formant bord de fuite ; - un capteur (4) de grandeur aérodynamique comportant un élément sensible (41) ; - une buse (41) ménagée dans le corps (2) au niveau du bord d'attaque (5), l'élément sensible (41) étant placé dans la buse (41), de manière à ce que l'air circulant dans la veine d'écoulement pénètre dans la buse (41) et entre en contact avec l'élément sensible (47) du capteur.
Description
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
La figure 1 représente de façon schématique une turbomachine 10 du type à 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 et notamment à double flux et double corps.
La turbomachine 10 comprend, d'amont en aval dans le sens de l'écoulement 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 16 d'échappement des gaz.
Le turboréacteur comprend également un carter intermédiaire 20 ayant, de 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.
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.
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 une veine d'écoulement 12 ou 13 d’une turbomachine.
En référence aux figures 1 à 5, 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 12 ou 13 d’une turbomachine. Ce dispositif de mesure 1 porte généralement le nom de peigne de sondes.
Comme illustré sur les figures 2 à 5, le dispositif de mesure 1 comporte classiquement un corps 2 ayant typiquement un profil aérodynamique de type NACA (c’est-à-dire développé par le Nationale Advisory Commitee for Aeronautics) , et une pluralité de capteurs 4 de grandeur aérodynamique placés dans le corps 2, les éléments sensibles 47 des capteurs étant placés dans des buses 41 s’étendant en dehors du corps 2 au niveau d’un bord d’attaque 5, de manière à ce que l’air pénètre dans les buses et entre en contact avec les éléments sensibles 47 des capteurs. Comme illustré sur les figures 4 et 5, des trous d’évacuation 142 sont ménagés radialement dans les buses 41 pour permettre l’évacuation de l’air introduit dans la buse 41.
La présence du dispositif de mesure 1 dans la veine d'écoulement du flux 12 ou 13 génère des pertes de charge du fait que l’air contourne le dispositif de mesure 1.
Les pertes de charge créées par la présence du dispositif de mesure 1 dans la veine d'écoulement du flux 13 perturbent cet écoulement, ce qui a pour conséquence de perturber le fonctionnement de la turbomachine 10 et par conséquent de fausser les mesures de grandeurs aérodynamiques réalisées.
Plus particulièrement, le flux est perturbé par les buses 41 qui s’étendent en dehors du corps 2 et par les trous d’évents 142 au travers desquels s’évacue le flux pénétrant dans les buses 41.
Les perturbations du flux générées par les buses 41 sont amplifiées par l’éjection perpendiculaire du flux par les trous d’évacuation 142 générant ainsi un décollement du flux, qui a typiquement une épaisseur de l’ordre de deux fois celle du peigne.
EXPOSE DE L'INVENTION
Un but de l’invention est de proposer un dispositif de mesure permettant de limiter l’impact aérodynamique du dispositif de mesure lorsque celui-ci est placé dans une veine d’écoulement d’une turbomachine.
Ces buts sont atteints dans le cadre de la présente invention grâce à un dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques destiné à être placé dans une veine d’écoulement d’une turbomachine comportant :
un corps profilé ;
un capteur de grandeur aérodynamique comportant un élément sensible placé dans une buse;
le dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques étant caractérisé en ce que la buse est intégrée dans le corps au niveau d’un bord d’attaque du corps, de manière à ce que, lorsque le corps profilé est en place dans la veine d’écoulement, l’air circulant dans la veine d’écoulement pénètre dans la buse et entre en contact avec l’élément sensible du capteur.
Le fait d’intégrer les buses dans le corps, au niveau du bord d’attaque, permet de limiter les écoulements contournant le corps du dispositif de mesure, et par conséquent d’améliorer le comportement aérodynamique global du dispositif de mesure.
L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises individuellement ou en l’une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles.
L’extrémité de la buse est dans un plan tangent au bord d’attaque.
Le dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques comporte au moins un évent ménagé dans le corps, débouchant, d’une part, dans ladite buse, et d’autre part, d’une face longitudinale externe du corps
L’évent débouche d’une face longitudinale externe du corps, avec un angle, par rapport à une ligne de corde du corps, inférieur à 45°.
Le dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques comporte, pour chaque buse, deux évents.
Les deux évents s’étendent symétriquement l’un par rapport à l’autre.
Les deux évents débouchent respectivement sur des faces longitudinales externes opposées du corps.
Le ou les évents débouchent d’une face longitudinale externe du corps en aval d’un axe d’épaisseur maximale du corps.
L’invention concerne également un banc de test pour turbomachine, comportant un dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques comme décrit plus haut.
DESCRIPTION DES FIGURES
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, discutée plus haut, est un schéma simplifié d’une turbomachine ;
- la figure 2, discutée plus haut, représente un dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques selon l’art antérieur ;
- la figure 3, discutée plus haut, représente une partie du corps et les buses d’un dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques selon l’art antérieur ;
- la figure 4, discutée plus haut, est une vue en perspective d’une buse d’un dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques selon l’art antérieur ;
- la figure 5, discutée plus haut, illustre le flux d’air sortant d’un dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques selon l’art antérieur ;
- la figure 6 est une vue en perspective d’une buse d’un dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques conforme à un mode de réalisation de l’invention;
- les figures 7 et 8 sont des vues en coupe d’un dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques conforme à un mode de réalisation de l’invention;
- la figure 9 est une vue en perspective d’un dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques conforme à un mode de réalisation de l’invention ;
- les figures 10, 11 et 12 sont des vues en perspective d’un dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques conforme à un mode de réalisation de l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
En référence à la figure 1, les grandeurs aérodynamiques sont mesurées à l’aide d’un banc de test pour turbomachine comportant, une turbomachine 10, un dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques 1 placé sensiblement radialement dans une veine d’écoulement 12 ou 13 de la turbomachine, et un calculateur 30.
En référence aux figures 6 à 12, le dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques 1 comporte un corps 2, et une pluralité de capteurs 4 de grandeur aérodynamique.
Le corps 2 présente une extrémité proximale et une extrémité distale.
Comme illustré sur la figure 1, le corps 2 est adapté pour être positionné sensiblement radialement dans une veine d'écoulement. Le corps 2 peut également être positionné en flèche arrière dans la veine d'écoulement, c'est-à-dire que le centre de gravité de la partie proximale du corps est axialement plus en amont que le centre de gravité de la partie distale du corps.
Le corps 2 est fixé à la veine par l’une ou par ses deux extrémités. Soit l’extrémité proximale du corps est fixée au moyeu 25, soit l’extrémité distale est fixée à la virole annulaire extérieure 24, soit les deux à la fois.
En référence à la figure 7, le corps 2 a un profil aérodynamique de type NACA.
Le corps 2 est profilé pour réduire au maximum les pertes aérodynamiques introduites dans le flux lorsque le dispositif 1 est placé dans la veine d’écoulement 12 ou 13.
A cet effet, le corps 2 présente une partie amont 5 formant bord d’attaque, et une partie aval 6, aérodynamiquement profilée, formant bord de fuite.
Le bord d'attaque est la partie avant d'un profil aérodynamique. En fonctionnement, lorsque le dispositif 1 est positionné dans la veine, le bord d’attaque héberge le point de stagnation où l’écoulement est divisé en deux sections (chacune passant d’un côté du profil). Ce point de stagnation se déplace le long du profil en fonction de l’incidence. D’un point de vue géométrique, le bord d’attaque est le point à l’avant du profil où le rayon de courbure de la surface est minimal. Ce point est indépendant de l’écoulement; il permet de définir la ligne de corde ainsi que les propriétés géométriques en découlant, tels que l’axe d’épaisseur maximale du profil.
En référence à la figure 7, la ligne de corde Ac est l’axe de la droite passant par le bord d’attaque et le bord de fuite. Pour chaque section transversale du profil, l’axe d’épaisseur maximale Am du profil est l’axe perpendiculaire à la ligne de corde au niveau duquel la section transversale du profil est la plus épaisse.
Le bord de fuite est la partie arrière d'un profil aérodynamique. En fonctionnement, lorsque le dispositif 1 est positionné dans la veine, le bord de fuite est l’endroit où se rejoignent en un tourbillon les deux composantes du fluide séparé par le bord d’attaque. D’un point de vue géométrique, le bord d’attaque est le point à l’arrière du profil où deux faces longitudinales 32 externes du corps se rejoignent en une arrête longitudinale 33.
Par partie amont 5, on entend la partie située en amont de l’axe Am d’épaisseur maximale de la section transversale du corps, et par partie aval 6, on entend la partie située en aval de l’axe Am d’épaisseur maximale de la section transversale du corps. La partie aval 6 présente deux faces longitudinales 32 externes qui se rejoignent en une arrête longitudinale 33.
La distance entre le bord d’attaque et l’axe Am d’épaisseur maximale de la section transversale du corps est typiquement comprise entre 20% et 40% de la corde.
La longueur du corps 2, c’est-à-dire sa dimension dans la direction longitudinale, est définie par la hauteur de veine où l’on souhaite mesurer les grandeurs aérodynamiques et dépend donc des dimensions de la turbomachine.
Le corps 2 est par exemple en métal ou en plastique rigide.
Le corps 2 peut être en une seule pièce ou en plusieurs pièces assemblées. Le corps 2 peut notamment comprendre un carénage qui forme le profil aérodynamique.
Des buses 41 sont ménagées dans le corps 2 au niveau de la partie amont 5 du corps, le long du bord d’attaque. Les buses 41 ne s’étendent pas en dehors du corps
2, mais uniquement à l’intérieur du corps 2. Ces buses 41 sont totalement intégrées dans le corps 2.
Les buses 41 sont généralement uniformément répartie le long du bord d’attaque 5. Elles s’étendent dans le corps 2 dans la direction d’un axe Ac.
Ces buses 41 comportent une extrémité amont et une extrémité aval selon le sens d’écoulement du flux.
L’extrémité amont forme une ouverture amont positionnée dans un plan tangent au bord d’attaque du corps 2 et permettant l’entrée du flux dans la buse 41.
Un élément sensible 47 permettant la prise de mesures s’étend dans la buse 41 à partir de l’extrémité aval de celle-ci.
La paroi externe de la buse 41 intégrée a un profil aval similaire au profil du bord d’attaque du corps.
Le profil amont de la paroi externe de la buse 41 est un raccord en arc de cercle qui respecte une contrainte de tangence avec le profil aval de la paroi au niveau d’un point d’inflexion.
Les buses 41 sont typiquement des conduits de forme cylindrique de révolution.
Les capteurs 4 peuvent en particulier être des sondes de pression et de température.
A titre d'exemple, les sondes de température peuvent être du type capteur thermocouple, l'élément sensible 47 de la sonde étant constitué de deux métaux de résistivité différente connectés ensemble, de manière à générer une différence de 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 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.
Les capteurs 4 sont reliés à un calculateur (non représenté) où les données mesurées sont traitées.
Les capteurs 4 sont reliés au calculateur par des lignes d’instrumentation 46 qui sont placées à l’intérieur du corps 2. Le corps 2 est creux. Le corps présente une cavité 44, de forme générale cylindrique, dans laquelle sont disposées les lignes d’instrumentation.
Les lignes d’instrumentation 46 sont typiquement des capillaires pour les sondes de pression et des lignes thermocouples pour les sondes de température.
Les éléments sensibles 47 des capteurs sont placés dans les buses 41, de manière à ce que l’air circulant dans la veine d’écoulement 13 pénètre dans les buses 41 et entre en contact avec les éléments sensibles 47 des capteurs.
Pour chacune des buses 41, le dispositif de mesure comporte au moins un évent 43 s’étendant dans le corps 2. Ces évents 43 débouchent, d’une part, dans la buse 41, et d’autre part, vers l’extérieur du corps 2, vers l’aval du flux.
Avantageusement, les évents 43 débouchent de la partie aval du corps, ce qui signifie qu’ils débouchent du corps en aval de l’axe Am d’épaisseur maximale. Cela permet de limiter encore l’impact du flux évacué par les évents sur l’écoulement, et par conséquent d’améliorer encore le comportement aérodynamique global du dispositif de mesure.
Dans un mode de réalisation illustré sur les figures 6 et 7, chaque buse 41 comporte deux évents 43 débouchant chacun sur une face longitudinale 32 externe opposée du corps 2.
Les deux évents 43 s’étendent préférentiellement symétriquement l’un par rapport à l’autre.
Avantageusement, les évents 43 débouchent du corps 2, avec un angle θ par rapport à un plan tangent au corps 2 à l’endroit où débouche l’évent 43 inférieur à 45°. Cela permet d’éviter une trop grande différence d’orientation entre les vecteurs vitesses du flux contournant le dispositif de mesure 1 et le vecteur vitesse du flux prélevé par les buses 41 et évacué par l’évent 43.
Avantageusement, les évents 43 débouchent en dehors du corps 2, avec un angle θ par rapport à la ligne de corde Ac du corps 2 inférieur à 45°. Cela permet d’éviter une trop grande différence d’orientation entre les vecteurs vitesses du flux contournant le dispositif de mesure 1 et le vecteur vitesse du flux prélevé par les buses 41 et évacué par l’évent 43.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques (1) destiné à être placé dans une veine d’écoulement (12, 13) d’une turbomachine comportant :- un corps (2) profilé ;- un capteur (4) de grandeur aérodynamique comportant un élément sensible (47) placé dans une buse (41);le dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques (1) étant caractérisé en ce que la buse (41) est intégrée dans le corps (2) au niveau d’un bord d’attaque (5) du corps (2), de manière à ce que, lorsque le corps profilé est en place dans la veine d’écoulement, l’air circulant dans la veine d’écoulement (13) pénètre dans la buse (41) et entre en contact avec l’élément sensible (47) du capteur.
- 2. Dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques (1), selon la revendication précédente, dans lequel la buse (41) est intégrée dans sa totalité dans le corps (2).
- 3. Dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques (1), selon l’une des revendications précédentes, dans lequel une extrémité amont de la buse (41) est dans un plan tangent au bord d’attaque.
- 4. Dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques (1), selon l’une des revendications précédentes, comportant au moins un évent (43) ménagé dans le corps (2), débouchant, d’une part, dans ladite buse (41), et d’autre part, d’une face longitudinale externe (32) du corps (2).
- 5. Dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques (1), selon la revendication précédente, dans lequel l’évent (43) débouche d’une face longitudinale externe (32) du corps (2), avec un angle (Θ), par rapport à une ligne de corde (Ac) du corps (2), inférieur à 45°.ίο
- 6. Dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques (1), selon l’une des revendications 3 à 5, comportant, pour chaque buse (41), deux évents (43).
- 7. Dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques (1), selon la revendication précédente, dans lequel les deux évents (43) s’étendent symétriquement l’un par rapport à l’autre.
- 8. Dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques (1), selon l’une des revendications 6 ou 7, dans lequel les deux évents (43) débouchent respectivement sur des faces longitudinales externes (32) opposées du corps (2).
- 9. Dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques (1), selon l’une des revendications 3 à 8, dans lequel le ou les évents (43) débouchent d’une face longitudinale externe (32) du corps (2) en aval d’un axe (Am) d’épaisseur maximale du corps (2).
- 10. Banc de test pour turbomachine, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de mesure de grandeurs aérodynamiques (1) selon l’une des revendications précédentes.30537862/5
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116124414A (zh) * | 2023-04-12 | 2023-05-16 | 中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所 | 一种用于静压波动测量的探针 |
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| FR3053786B1 (fr) | 2021-03-19 |
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