FR3070420A1 - Capot de moyeu pour structure aero-acoustique - Google Patents

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Abstract

L'invention propose un ensemble pour veine de turbomachine ou veine de banc d'essai de turbomachine, comprenant : - un moyeu (200) défini autour d'un axe longitudinal (X), - des aubes (100), chacune comprenant un pied d'aube (110), s'étendant selon une direction radiale (Y) à l'axe longitudinale (X), le moyeu d'aube (200) comprend un emplacement de fixation (210) du pied d'aube (110), caractérisé en ce que l'ensemble comprend un capot aérodynamique de moyeu (300), sous la forme d'une plateforme (305) recouvrant une portion du moyeu (200) au niveau des aubes (100), le capot (300) comprenant une ouverture (310) en regard de l'emplacement de fixation (210) du pied d'aube (110).

Description

Capot de moyeu pour structure aéro-acoustique
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
L'invention concerne le domaine de la gestion aéro-acoustique d'aube fixe dans une turbomachine pour aéronef ou dans un banc d'essai de turbomachine pour aéronef.
Ce type d'aube fixe se retrouve par exemple sur des OGV (outlet guide vane), ou redresseurs, disposés en aval d'un corps tournant pour redresser le flux d'air.
En particulier, l'invention trouve application dans les fixations de type poignard.
ETAT DE L'ART
En référence à la figure 1, une aube 100 est attachée à une extrémité, appelée pied d'aube 110, à un moyeu 200, qui est défini autour d'un axe longitudinal X et attachée à une autre extrémité à un carter 5. Le moyeu 200 contribue à définir la géométrie d'une veine V dans laquelle circule le flux d'air que l'aube 100 doit redresser.
Dans le cadre de recherches aéro-acoustiques, plusieurs types de géométrie de veine V sont généralement testées autour des aubes (entre, en amont ou en aval), en particulier au niveau du moyeu.
Par exemple, il est connu de tester des riblets qui sont des rainures aérodynamiques réalisées sur le moyeu (voir document US2011/0262705). Les riblets permettent d'améliorer l'efficacité de la turbomachine.
Par exemple, il est connu de tester des fins, qui sont des ailettes intercalées entre les aubes (voir document W02015/092306). Les fins permettent de limiter le développement des tourbillons de coin néfaste aux performances.
Ces structures aérodynamiques nécessitent de modifier le moyeu ou les aubes de façon irréversible. Cela a deux conséquences non souhaitables : le montage de la machine peut être complexifiée et il faut reconcevoir une machine pour chaque structure aéro-acoustique testée.
Il existe donc un besoin de simplifier le matériel existant.
PRESENTATION DE L'INVENTION
Pour cela, l'invention un ensemble pour veine de turbomachine ou veine de banc d'essai de turbomachine, comprenant :
- un moyeu défini autour d'un axe longitudinal,
- des aubes, chacune comprenant un pied d'aube, s'étendant selon une direction radiale à l'axe longitudinale, le moyeu d'aube comprend un emplacement de fixation du pied d'aube, caractérisé en ce que l'ensemble comprend un capot aérodynamique de moyeu, sous la forme d'une plateforme recouvrant une portion du moyeu au niveau des aubes, le capot comprenant une ouverture en regard de l'emplacement de fixation du pied d'aube.
L'invention peut comprendre les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- le capot s'étend en amont et/ou en aval des aubes,
- le capot aérodynamique comprend une structure aéro-acoustique configurée pour interférer avec l'écoulement d'air dans la veine,
- le capot comprend des fins et/ou des riblets et/ou des écopes,
- le capot s'étend circonférentiellement sur trois emplacements successifs de fixation de pied d'aube,
- le capot s'étend sur plus de la moitié de la circonférence du moyeu,
- lequel l'emplacement de fixation est une empreinte apte à recevoir le pied d'aube par insertion selon la direction radiale, et dans lequel l'ouverture du capot comprend au moins un flanc configuré pour être placés contre une paroi de l'empreinte,
- le capot comprend, en amont des aubes, un repliement formant crochet configuré pour venir en butée axiale contre le moyeu, le moyeu étant configuré pour être en regard axialement d'une virole amont,
- le moyeu comprend un perçage en aval des aubes et le capot comprend un puit configuré pour être inséré dans le perçage,
- l'ensemble comprend une pluralité de capots, caractérisé en ce qu'au moins deux capots comprennent des structures aéro-acoustiques différentes.
L'invention propose aussi une turbomachine ou un banc d'essai par exemple de type turbomachine partielle comprenant un ensemble tel que défini précédemment, cet ensemble étant par exemple un redresseur monoflux de la turbomachine partielle en constituant une veine qui correspondrait à une veine secondaire en considérant le cas d'une turbomachine complète.
PRESENTATION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels :
- La figure 1 illustre un redresseur avec une attache poignard sur le moyeu, conformément à l'art antérieur,
- La figure 2 illustre un mode de réalisation d'un capot selon l'invention,
- Les figures 3 à 5 illustrent différentes variantes d'éléments structurels aéro-acoustiques montés sur le capot,
- La figure 6 illustre un mode de réalisation de fixation du capot sur le moyeu,
- La figure 7 illustre un autre mode de réalisation de fixation du capot sur le moyeu,
- La figure 8 illustre un bord d'attaque du moyeu,
- La figure 9 illustre un autre mode de réalisation de fixation du capot sur le moyeu, dans les empreintes pour pied d'aube.
DESCRIPTION DETAILLEE
On se place dans le cadre d'une portion de turbomachine, typiquement une veine qui pourrait être équivalente à une veine secondaire d'une turbomachine double flux avec redresseur (OGV) disposé en sortie de soufflante. Il peut donc s'agir d'un cadre de banc d'essai, par exemple pour des redresseurs monoflux ou tout type de banc d'essai dans lequel une aube fixe est utilisée. Un tel banc d'essai est par exemple un moteur partiel permettant par exemple de valider des données sur des phénomènes représentatifs de ceux intervenant habituellement dans la veine secondaire d'un moteur complet.
La figure 2 illustre une aube 100 comprenant un pied d'aube 110 à une extrémité, qui est typiquement une extrémité radialement interne de l'aube 100. Le pied d'aube 110 s'attache à un moyeu 200, de révolution autour d'un axe longitudinal X, qui correspond à un axe de rotation principale de la portion de turbomachine. Le moyeu 200 fait généralement partie du corps primaire d'une turbomachine double flux. L'aube 100 s'étend dans une direction radiale Y par rapport au moyeu 200 (chaque aube possède donc sa direction radiale Y propre).
A une autre extrémité, radialement externe, l'aube 100 est attachée à un carter (non illustré ici). Cet aspect n'est pas concerné par l'invention.
L'aube 100 a une forme profilée pour redresser le flux, avec notamment un intrados et un extrados. Le pied 110 d'aube 100 peut avoir une forme dans le prolongement de l'intrados et de l'extrados.
Alternativement, le pied 110 peut comprendre une plateforme, c'est-àdire une forme géométrique simplifiée, qui facilite l'assemble des aubes 100 sur la turbomachine. Par exemple, sur la surface du moyeu 200, la plateforme a une section sensiblement rectangulaire.
Le moyeu 200 comprend, pour chaque aube 100, un emplacement de fixation 210, apte à recevoir un pied d'aube 110 pour le verrouiller longitudinalement et tangentiellement.
Afin de permettre de tester différentes structures aéro-acoustiques sans devoir modifier le moyeu 200, un capot aérodynamique de moyeu 300, appelé capot 300 par la suite, est prévu.
Ce capot 300 prend la forme d'une plateforme 305 recouvrant une portion du moyeu 200 au niveau des aubes 110. Le capot 300 recouvre notamment le moyeu entre les pieds d'aube 100, en amont et en aval des pieds d'aube 100. Sur les zones de recouvrement, le capot 300 forme donc la veine d'écoulement, à la place du moyeu 200.
Afin de permettre l'assemblage des aubes 100, le capot 300 comprend, pour chaque aube 100, une ouverture 310 qui se situe en regard d'un emplacement de fixation 210, c'est-à-dire une empreinte 210 dans le cas d'une attache poignard. Il est ainsi possible de venir mettre en place l'aube 100 malgré la présence du capot 300.
Le capot 300 peut être installé et enlevé du moyeu 200 sans modification de ce dernier. Il est ainsi possible, en montant sur le capot 300, plus spécifiquement sur la plateforme 305, différents types de structures aérodynamiques 320, de les tester d'une façon simple et peu coûteuse.
Les figures 3 à 5 illustrent différentes structures. Sur la figure 3, des fins 322, ou ailettes ici de type longilignes sensiblement selon l'axe longitudinal X, ont été conçues dans le capot 300, disposés circonférentiellement entre les ouvertures 310. Sur la figure 4, des riblets 324 ont été conçus sur le capot 300, en aval des ouvertures 310. Sur la figure 5, une écope 326 a été conçue sur le capot 300, en aval des ouvertures 310.
Ces structures 320 ont pour but d'interférer avec l'écoulement d'air pour modifier l'aérodynamique et/ou l'acoustique. Du fait de l'objet même de l'invention, qui est de prévoir un ensemble simple et peu coûteux pour tester différents types de structure en cours de conception ou étant encore à déterminer, il n'est pas possible de dresser une liste exhaustive de ces structures 320.
On peut prévoir un capot 300 qui s'étend circonférentiellement sur quelques emplacements successifs de fixation 210 d'aubes 100, comme illustré sur les figures 2 à 5 (trois emplacements successifs). Cela permet de limiter le jeu circonférentiel du fait de la dispersion de fabrication.
On peut aussi prévoir un capot 300 qui s'étend sur davantage, comme plus de la moitié de la circonférence, voire les trois quarts de la circonférence, voire encore l'intégralité de la circonférence.
Toutefois, lors de certains tests, seule une portion de la circonférence de la veine est utilisée. Il est ainsi possible d'avoir un moyeu 200 dont le ou les capots 300 ne recouvre pas toute la circonférence.
En outre, il devient possible, en montant plusieurs capots 300, sur le moyeu 200, avec des structures aéro-acoustiques 320 différentes, de tester ces différentes structures 320 en même temps. Ces structures 320 seront alors réparties circonférentiellement.
La plateforme 305 du capot 300 est préférablement peu épaisse, pour ne pas perturber les caractéristiques de la veine (diamètre, etc.). Une épaisseur minimum de tôle (soit d'environ 0,5mm à 1mm) est à prévoir pour porter les structures aéro-acoustique 320. Une telle épaisseur ne perturbe en outre pas le dimensionnement de la portion de turbomachine.
Pour attacher le capot 300, il est avantageux d'utiliser des éléments déjà présents sur le moyeu 200. Par exemple, le moyeu 200 comprend généralement un perçage 220 en aval des emplacements de fixation 210 pour fixer le moyeu 200 sur la structure de la machine. Le capot 300 peut alors comprendre un puits 330, s'étendant radialement vers l'intérieur (voir figure 6), qui vient se loger contre les parois du perçage 220 pour faire butée. Le puits 330 se présente sous la forme d'un fut cylindrique complémentaire au perçage pour s'y insérer.
Si cette fixation n'est pas suffisante, il est possible de prévoir à l'avant du capot 300, c'est-à-dire sur son bord d'attaque 340, un repliement 350 qui vient en prise avec un portion radiale 230 du moyeu 200, faisant ainsi office de butée longitudinale. Complémentairement, le repliement 350 peut lui-même comprend un repliement 360 qui vient en prise avec une portion axiale interne 325 du moyeu 235 qui s'étend depuis la portion radiale 230. L'extrémité du capot 300 forme ainsi un crochet en prise sur le moyeu 200, qui est situé entre le moyeu 200 et une virole amont 400, localisée en amont du moyeu 200 et en regard de ce dernier longitudinalement. Les repliements 350, 360 se glissent dans l'espace entre le moyeu 200 et la virole amont 400. Ces repliements 350, 360 sont illustrés en figure 7.
Afin de limiter l'impact aérodynamique de la plateforme 305 du capot 300, qui lui-même ne doit pas interférer avec l'écoulement (ce sont les structures aéro-acoustiques 320 montées sur le capot 300 qui interfèrent avec l'écoulement), le capot 300 peut être biseauté à l'avant, c'est-à-dire sur son bord d'attaque 340. Ce dernier comprend alors un biseau 345 qui permet d'adoucir l'incidence de l'écoulement. La figure 8 illustre ce biseau 345, avec la présence de la virole amont 400.
Lorsqu'il y a un repliement 250 comme illustré en figure 7, le biseau 345 est effectué au niveau au coude, qui est alors le bord d'attaque du capot 300.
Dans le cas d'espèce illustré sur les figures 2 à 5 et 9, l'emplacement de fixation 210 du pied d'aube 110 est une empreinte. Cette empreinte 210 peut avoir la forme d'un sillon tracé dans le moyeu 200. Alternativement, l'empreinte 210 peut avoir la forme d'un réceptacle sur la surface du moyeu 200, c'est-à-dire qu'elle peut s'étendre radialement vers l'extérieur à partir du moyeu 200. Le pied d'aube 110 et l'empreinte 210 forment donc un couple mâle/femelle assemblé. L'assemblage se fait par déplacement selon la direction radiale Y de l'aube 100 vers l'empreinte 210.
On définit à l'empreinte un fond 202 et deux parois latérales 204, 206 opposées et qui sont font face. L'empreinte 210 comprend aussi deux parois d'extrémité (non représentée). Les parois latérales 204, 206 forment une butée tangentielle et les parois d'extrémités forment une butée longitudinale.
L'ouverture 310 du capot 300, qui permet la mise en place des aubes 100 sur le moyeu 200, peut alors comprendre des flancs 315 qui viennent se loger contre les parois latérale 204, 206 (et/ou d'extrémité) de l'empreinte 210. Les flancs 315 prennent la forme d'un fût cylindrique.
Une fois l'aube 100 mise en place, les flancs 315 sont pris en sandwich entre les faces latérales 204, 206 de l'empreinte 210 et l'aube 100 (voir figure 9).
Des flancs 315 sont prévus par ouverture 310 qui vient en regard d'une empreinte 310.
Le capot 300 peut être conçu en tôle métallique ou en plastique. Ces matériaux sont ceux habituellement utilisés dans la construction des moteurs d'avion en ayant une résistance mécanique suffisante pour résister aux contraintes aérodynamiques spécifiques en particulier en fonction des épaisseurs définies précédemment.

Claims (10)

  1. Revendications
    1. Ensemble pour veine de turbomachine ou veine de banc d'essai de turbomachine, comprenant :
    - un moyeu (200) défini autour d'un axe longitudinal (X),
    - des aubes (100), chacune comprenant un pied d'aube (110), s'étendant selon une direction radiale (Y) à l'axe longitudinale (X), le moyeu d'aube (200) comprend un emplacement de fixation (210) du pied d'aube (110), caractérisé en ce que l'ensemble comprend un capot aérodynamique de moyeu (300), sous la forme d'une plateforme (305) recouvrant une portion du moyeu (200) au niveau des aubes (100), le capot (300) comprenant une ouverture (310) en regard de l'emplacement de fixation (210) du pied d'aube (110).
  2. 2. Ensemble selon la revendication 1, dans dans lequel le capot (300) s'étend en amont et/ou en aval des aubes (100).
  3. 3. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le capot aérodynamique (300) comprend une structure aéroacoustique (320) configurée pour interférer avec l'écoulement d'air dans la veine.
  4. 4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le capot (300) comprend des fins (322) et/ou des riblets (324) et/ou des écopes (326).
  5. 5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le capot (300) s'étend circonférentiellement sur trois emplacements successifs de fixation de pied d'aube (110).
  6. 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'emplacement de fixation est une empreinte (210) apte à recevoir le pied d'aube (110) par insertion selon la direction radiale (Y), et dans lequel l'ouverture (310) du capot (300) comprend au moins un flanc (315) configuré pour être placés contre une paroi de l'empreinte (210).
  7. 7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le capot (300) comprend, en amont des aubes (100), un repliement formant crochet configuré pour venir en butée axiale contre le moyeu (200), le moyeu (200) étant configuré pour être en regard axialement d'une virole amont (400).
  8. 8. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moyeu (200) comprend un perçage (220) en aval des aubes (100) et le capot (300) comprend un puit (330) configuré pour être inséré dans le perçage (220).
  9. 9. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, en combinaison avec la revendication 3 comprenant une pluralité de capots (300), caractérisé en ce qu'au moins deux capots (300) comprennent des structures aéro-acoustiques différentes (320).
  10. 10. Banc d'essai pour turbomachine ou portion de turbomachine, comprenant un ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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