FR3071008A1 - Aube directrice de sortie pour turbomachine, comprenant un passage de refroidissement de lubrifiant equipe d'une matrice de conduction thermique comprimee entre les parois d'intrados et d'extrados - Google Patents

Aube directrice de sortie pour turbomachine, comprenant un passage de refroidissement de lubrifiant equipe d'une matrice de conduction thermique comprimee entre les parois d'intrados et d'extrados Download PDF

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Abstract

L'invention concerne une aube directrice agencée dans un flux d'air d'une soufflante (15) de turbomachine d'aéronef à double flux, la partie aérodynamique de l'aube comportant un passage intérieur (50a) de refroidissement de lubrifiant en partie délimité par une paroi d'intrados (70) et par une paroi d'extrados (72) de l'aube. Le passage est équipé d'une matrice de conduction thermique (80) comprimée entre les parois (70, 72) et séparant un premier espace de circulation de lubrifiant (81a) d'un second espace de circulation de lubrifiant (81b). De plus, la matrice (80) définit d'une part des premiers organes de contact de la paroi d'intrados (70) agencés dans le premier espace (81a) et entre lesquels le lubrifiant du premier espace est destiné à circuler, et d'autre part des seconds organes de contact de la paroi d'extrados (72) agencés dans le second espace (81b) et entre lesquels le lubrifiant du second espace est destiné à circuler.

Description

AUBE DIRECTRICE DE SORTIE POUR TURBOMACHINE, COMPRENANT UN PASSAGE DE REFROIDISSEMENT DE LUBRIFIANT EQUIPE D'UNE MATRICE DE CONDUCTION THERMIQUE COMPRIMEE ENTRE LES PAROIS D'INTRADOS ET D'EXTRADOS
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte au domaine des turbomachines d'aéronef à double flux, et en particulier à la conception des aubes directrices agencées dans tout ou partie d'un flux d'air d'une soufflante de la turbomachine.
Il s'agit de préférence d'aubes directrices de sortie, également dénommées OGV (de l'anglais « Outlet Guide Vane »), prévues pour redresser le flux d'air en sortie de la soufflante. Alternativement ou simultanément, des aubes directrices pourraient le cas échéant être placées à l'entrée de la soufflante. Les aubes directrices sont classiquement agencées dans la veine secondaire de la turbomachine.
L'invention concerne de préférence un turboréacteur d'aéronef équipé de telles aubes directrices de sortie.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Sur certaines turbomachines à double flux, il est connu d'implanter des aubes directrices de sortie en aval de la soufflante pour redresser le flux qui s'échappe de celle-ci, et aussi éventuellement pour remplir une fonction structurale. Cette dernière fonction vise en effet à permettre le passage des efforts du centre de la turbomachine, vers une virole extérieure située dans le prolongement du carter de soufflante. Dans ce cas de figure, une attache moteur est classiquement agencée sur ou à proximité de cette virole extérieure, pour assurer la fixation entre la turbomachine et un mât d'accrochage de l'aéronef.
Récemment, il a également été proposé d'affecter une fonction additionnelle aux aubes directrices de sortie. Il s'agit d'une fonction d'échangeur thermique entre l'air extérieur traversant la couronne d'aubes directrices de sortie, et du lubrifiant circulant à l'intérieur de ces aubes. Cette fonction d'échangeur thermique est par exemple connue du document US 8 616 834, ou encore du document FR 2 989 110.
Le lubrifiant destiné à être refroidi par les aubes directrices de sortie peut provenir de différentes zones de la turbomachine. Il peut en effet s'agir d'un lubrifiant circulant à travers des enceintes de lubrification des paliers de roulement supportant les arbres moteur et/ou le moyeu de soufflante, ou encore d'un lubrifiant dédié à la lubrification des éléments de transmission mécanique de la boîte d'accessoires (de l'anglais AGB « Accessory Geared Box »). Enfin, il peut aussi servir à la lubrification d'un réducteur d'entraînement de la soufflante, lorsqu'un tel réducteur est prévu sur la turbomachine afin de diminuer la vitesse de rotation de sa soufflante.
Les besoins croissants en lubrifiant nécessitent d'adapter en conséquence la capacité de dissipation de chaleur, associée aux échangeurs destinés au refroidissement du lubrifiant. Le fait d'attribuer un rôle d'échangeur thermique aux aubes directrices de sortie, comme dans les solutions des deux documents cités ci-dessus, permet en particulier de diminuer, voire de supprimer les échangeurs conventionnels du type ACOC (de l'anglais «Air Cooled Oil Cooler»), Ces échangeurs ACOC étant généralement agencés dans la veine secondaire, leur diminution / suppression permet de limiter les perturbations du flux secondaire, et d'augmenter ainsi le rendement global de la turbomachine.
Au sein du passage intérieur de refroidissement de lubrifiant, il est possible d'implanter des plots destinés à perturber le flux de lubrifiant et à augmenter la surface mouillée, dans le but d'assurer un meilleur échange thermique. Ces plots sont prévus pour être réalisés d'une seule pièce avec le corps de l'aube. Leur extrémité distale est recouverte par le capot de fermeture, qui est fixé sur le corps de l'aube après réalisation de ces plots. Afin de garantir un contact entre l'extrémité distale des plots et le capot de fermeture, les tolérances de fabrication des pièces se doivent d'être très précises, en particulier pour ce qui concerne la hauteur des plots. Il en découle une complexité de réalisation ainsi que des coûts de fabrication importants.
Par conséquent, il existe un besoin d'aboutir à une conception facilitant la fabrication d'une telle aube à échangeur intégré.
EXPOSE DE L'INVENTION
Pour répondre au moins partiellement à ce besoin, l'invention a tout d'abord pour objet une aube directrice destinée à être agencée dans tout ou partie d'un flux d'air d'une soufflante de turbomachine d'aéronef à double flux, l'aube directrice comprenant un pied, une tête, ainsi qu'une partie aérodynamique de redressement de flux agencée entre le pied et la tête de l'aube, ladite partie aérodynamique de l'aube comportant au moins un passage intérieur de refroidissement de lubrifiant en partie délimité par une paroi d'intrados et par une paroi d'extrados de l'aube, la paroi d'intrados faisant partie d'un corps de l'aube et la paroi d'extrados faisant partie d'un capot de fermeture de ce corps, ou inversement.
Selon l'invention, ledit passage intérieur est équipé d'au moins une matrice de conduction thermique comprimée entre les parois d'intrados et d'extrados, ladite matrice séparant de part et d'autre de celle-ci un premier espace de circulation de lubrifiant également délimité par la paroi d'intrados, d'un second espace de circulation de lubrifiant également délimité par la paroi d'extrados, et ladite matrice définissant d'une part des premiers organes de contact de la paroi d'intrados agencés dans le premier espace et entre lesquels le lubrifiant du premier espace est destiné à circuler, et d'autre part des seconds organes de contact de la paroi d'extrados agencés dans le second espace et entre lesquels le lubrifiant du second espace est destiné à circuler.
L'invention prévoit ainsi astucieusement de rapporter une matrice de conduction thermique dans le passage intérieur de refroidissement de lubrifiant. Le matériau et la géométrie de la matrice lui permettent d'être comprimée entre les parois d'intrados et d'extrados, à savoir d'être déformée par rapport à sa forme initiale adoptée avant son implantation dans l'aube. Cela permet de s'assurer du contact entre la matrice et les parois d'intrados et d'extrados, afin de garantir une meilleure performance thermique globale sans pour autant nécessiter des contraintes de fabrication élevées. En effet, la déformation subie par la matrice à l'intérieur du passage de circulation de lubrifiant lui permet de s'adapter à toute irrégularité entre les parois d'intrados et d'extrados, tout en assurant le contact avec celles-ci. Bien entendu, la déformation par compression souhaitée pour la matrice est rendue possible par une certaine souplesse et/ou déformabilité de celle-ci.
L'invention permet par conséquent une fabrication facilitée, un coût réduit et des performances d'échange thermique accrues.
L'invention prévoit de préférence au moins l'une quelconque des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison.
Ledit passage intérieur est équipé de plusieurs matrices de conduction thermique comprimées entre les parois d'intrados et d'extrados, lesdites matrices étant espacées les unes des autres selon une direction d'envergure de façon à définir, entre deux d'entre elles quelconques et directement consécutives, une zone de lubrifiant servant d'une part à la collecte du lubrifiant provenant des premier et second espaces de circulation de la matrice la plus amont, et d'autre part à la distribution du lubrifiant vers les premier et second espaces de circulation de la matrice la plus aval.
En d'autres termes, dans ce mode de réalisation préféré de l'invention, il est prévu des discontinuités entre les matrices le long de la direction d'envergure de l'aube, direction selon laquelle circule le lubrifiant. Cela permet de bénéficier de plusieurs avantages, dont les principaux sont mentionnés ci-dessous.
Tout d'abord, en cas d'écart important entre le débit passant par le premier espace et celui passant par le second espace d'une même matrice, l'introduction d'une ou plusieurs discontinuités permet de rééquilibrer la répartition de ces débits durant la circulation du lubrifiant dans le passage intérieur de l'aube.
De plus, en cas de refroidissement différentiel entre les parois d'intrados et d'extrados, la température du lubrifiant dans les deux espaces entraîne un différentiel de pression entre ces deux espaces. La conséquence directe réside dans le déséquilibrage de la répartition du débit, ce qui est susceptible de dégrader les performances d'échange thermique globales. La présence d'une ou plusieurs discontinuités au niveau des matrices réduit fortement ce risque.
Egalement, l'aube étant vrillée, son profil évolue tout au long du passage intérieur de refroidissement de lubrifiant. Les épaisseurs de passage du fluide peuvent donc être amenées à évoluer le long de la direction d'envergure de l'aube, et modifier les pertes de charges avec pour éventuelle conséquence un déséquilibrage dans la répartition des débits. Ici encore, les discontinuités évoquées ci-dessus permettent de réduire ce risque.
En conclusion sur cet aspect préférentiel de l'invention, l'introduction des discontinuités assure une meilleure maîtrise de la répartition des débits entre les premier et second espaces de circulation définis par les matrices, et entraîne par conséquent une augmentation des performances globales d'échange thermique.
De préférence, les premiers et les seconds organes de contact présentent chacun une forme générale tronconique, de section se rétrécissant en allant vers sa paroi d'intrados ou d'extrados associée.
Les premiers et les seconds organes de contact présentent chacun une extrémité de contact sensiblement plane en appui contre sa paroi d'intrados ou d'extrados associée.
Il est possible de faire en sorte que la matrice soit plus souple à l'endroit qui sera écrasé, c'est-à-dire au sommet des vagues pour les organes de contact présentant chacun une forme générale tronconique. La matrice se déformerait alors de manière préférentielle dans ces zones, plutôt que dans les flancs tronconiques.
L'invention a également pour objet une turbomachine d'aéronef, de préférence un turboréacteur, comprenant une pluralité d'aubes directrices telles que celle décrite ci-dessus, agencées en aval ou en amont d'une soufflante de la turbomachine.
Elle présente également comme objet un procédé de fabrication d'une telle aube, comprenant les étapes suivantes :
a) réalisation de ladite au moins une matrice de conduction thermique ;
b) mise en place de la matrice dans une partie dudit passage intérieur définie par le corps de l'aube ;
c) mise en place dudit capot de fermeture sur le corps d'aube, de manière à comprimer et à déformer la matrice de conduction thermique ; et
d) fixation du capot de fermeture sur le corps d'aube.
De préférence, l'étape a) est réalisée par formage d'une tôle, de préférence par formage à froid. Alternativement, une fabrication additive pourrait être envisagée, ce type de réalisation étant également dénommé impression 3D ou fabrication directe. La fabrication additive de la matrice de conduction thermique peut par exemple être réalisée par l'une quelconque des techniques suivantes :
- fusion sélective par laser (de l'anglais « Sélective Laser Melting » ou « SLM ») ou par faisceau d'électrons (de l'anglais « Electron Beam Melting » ou « EBM ») ;
- frittage sélectif par laser (de l'anglais « Sélective Laser Sintering » ou « SLS ») ou par faisceau d'électrons ;
- tout autre type de technique de solidification de poudre sous l'action d'une source d'énergie de moyenne à forte puissance, le principe étant de faire fondre ou fritter un lit de poudre métallique par faisceau laser ou faisceau d'électrons.
De préférence, l'étape b) du procédé est réalisée de sorte que les premiers et seconds organes de contact de la matrice présentent chacun une extrémité de contact bombée, et de sorte qu'après l'étape c) de mise en place dudit capot de fermeture, cette extrémité de contact soit sensiblement plane et en appui contre sa paroi d'intrados ou d'extrados associée. Il se produit ainsi une déformation locale de ces extrémités, propice à l'obtention de surfaces de contact certaines et étendues.
L'étape c) est préférentiellement mise en œuvre de sorte que la déformation de la matrice soit une déformation élastique.
Enfin, l'étape d) est de préférence mise en œuvre par soudage, brasage ou collage.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels ;
- la figure 1 représente une vue schématique de côté d'un turboréacteur selon l'invention ;
- la figure 2 représente une vue agrandie, plus détaillée, d'une aube directrice de sortie du turboréacteur montré sur la figure précédente, selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention ;
- la figure 3 est une vue agrandie en perspective d'une partie de l'aube directrice de sortie montrée sur la figure précédente ;
- la figure 4 est une vue en perspective similaire à celle de la figure précédente, selon un autre angle de vue et avec l'aube représentée sans son capot de fermeture ;
- la figure 5 est une vue de face d'une partie de l'aube montrée sur la figure précédente ;
- la figure 6 correspond à une vue en coupe prise le long de la ligne VI-VI de la figure 5 ;
- la figure 7 est une vue similaire à celle de la figure 2, avec l'aube se présentant selon un second mode de réalisation préféré de l'invention ; et
- les figures 8a à 8c illustrent différentes étapes d'un procédé de fabrication représentatif de l'assemblage de l'aube montrée sur la figure précédente.
EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PREFERES
En référence à la figure 1, il est représenté un turboréacteur 1 à double flux et à double corps, présentant un taux de dilution élevé. Le turboréacteur 1 comporte de façon classique un générateur de gaz 2 de part et d'autre duquel sont agencés un compresseur basse pression 4 et une turbine basse pression 12, ce générateur de gaz 2 comprenant un compresseur haute pression 6, une chambre de combustion 8 et une turbine haute pression 10. Par la suite, les termes « avant » et « arrière » sont considérés selon une direction 14 opposée à la direction d'écoulement principale des gaz au sein du turboréacteur, cette direction 14 étant parallèle à l'axe longitudinal 3 de celle-ci. En revanche, les termes « amont » et « aval » sont considérés selon la direction d'écoulement principale des gaz au sein du turboréacteur.
Le compresseur basse pression 4 et la turbine basse pression 12 forment un corps basse pression, et sont reliés l'un à l'autre par un arbre basse pression 11 centré sur l'axe 3. De même, le compresseur haute pression 6 et la turbine haute pression 10 forment un corps haute pression, et sont reliés l'un à l'autre par un arbre haute pression 13 centré sur l'axe 3 et agencé autour de l'arbre basse pression 11. Les arbres sont supportés par des paliers de roulement 19, qui sont lubrifiés en étant agencés dans des enceintes d'huile. Il en est de même pour le moyeu de soufflante 17, également supporté par des paliers de roulement 19.
Le turboréacteur 1 comporte par ailleurs, à l'avant du générateur de gaz 2 et du compresseur basse pression 4, une soufflante 15 unique qui est ici agencée directement à l'arrière d'un cône d'entrée d'air du moteur. La soufflante 15 est rotative selon l'axe 3, et entourée d'un carter de soufflante 9. Sur la figure 1, elle n'est pas entraînée directement par l'arbre basse pression 11, mais seulement entraînée indirectement par cet arbre via un réducteur 20, ce qui lui permet de tourner avec une vitesse plus lente. Néanmoins, une solution à entraînement direct de la soufflante 15, par l'arbre basse pression 11, entre dans le cadre de l'invention.
En outre, le turboréacteur 1 définit une veine primaire 16 destinée à être traversée par un flux primaire, ainsi qu'une veine secondaire 18 destinée à être traversée par un flux secondaire situé radialement vers l'extérieur par rapport au flux primaire, le flux de la soufflante étant donc divisé. Comme cela est connu de l'homme du métier, la veine secondaire 18 est délimitée radialement vers l'extérieur en partie par une virole extérieure 23, préférentiellement métallique, prolongeant vers l'arrière le carter de soufflante 9.
Bien que cela n'ait pas été représenté, le turboréacteur 1 est équipé d'un ensemble d'équipements, par exemple du type pompe à carburant, pompe hydraulique, alternateur, démarreur, actionneur stator à calage variable (VSV), actionneur de vanne de décharge, ou encore générateur électrique de puissance. Il s'agit notamment d'un équipement pour la lubrification du réducteur 20. Ces équipements sont entraînés par une boîte d'accessoires ou AGB (non représentée), qui est également lubrifiée.
En aval de la soufflante 15, dans la veine secondaire 18, il est prévu une couronne d'aubes directrices qui sont ici des aubes directrices de sortie 24 (ou OGV, de l'anglais « Outlet Guide Vane »). Ces aubes statoriques 24 relient la virole extérieure 23 à un carter 26 entourant le compresseur basse pression 4. Elles sont espacées circonférentiellement les unes des autres, et permettent de redresser le flux secondaire après son passage à travers la soufflante 15. De plus, ces aubes 24 peuvent également remplir une fonction structurale, comme c'est le cas dans des exemples de réalisation qui sont présentement décrits. Elles assurent le transfert des efforts provenant du réducteur et des paliers de roulement 19 des arbres moteur et du moyeu de soufflante, vers la virole extérieure 23. Ensuite, ces efforts peuvent transiter par une attache moteur 30 fixée sur la virole 23 et reliant le turboréacteur à un mât d'accrochage (non représenté) de l'aéronef.
Enfin, les aubes directrices de sortie 24 assurent, dans les exemples de réalisation qui sont présentement décrits, une troisième fonction d'échangeur thermique entre le flux d'air secondaire traversant la couronne d'aubes, et du lubrifiant circulant à l'intérieur de ces aubes 24. Le lubrifiant destiné à être refroidi par les aubes directrices de sorties 24 est celui servant à la lubrification des paliers de roulement 19, et/ou des équipements du turboréacteur, et/ou du boîtier d'accessoires, et/ou du réducteur 20. Ces aubes 24 font ainsi partie du/des circuits fluidiques dans lesquels le lubrifiant est mis en circulation pour successivement lubrifier le/les éléments associés, puis pour être refroidi.
En référence à présent aux figures 2 à 6, il va être décrit l'une des aubes directrices de sortie 24, selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention. A cet égard, il est noté que l'invention telle qu'elle va être décrite en référence aux figures 2 à 6 peut s'appliquer à toutes les aubes 24 de la couronne statorique centrée sur l'axe 3, ou bien seulement à certaines de ces aubes.
L'aube 24 peut être d'orientation strictement radiale comme sur la figure 1, ou bien être légèrement inclinée axialement comme cela est montré sur la figure
2. Dans tous les cas, elle est préférentiellement droite en vue de côté telle que montrée sur la figure 2, en s'étendant selon une direction d'envergure 25.
L'aube directrice de sortie 24 comporte une partie aérodynamique 32 qui correspond à sa partie centrale, c'est-à-dire celle exposée au flux secondaire. De part et d'autre de cette partie aérodynamique 32 servant à redresser le flux sortant de la soufflante, l'aube 24 comporte respectivement un pied 34 et une tête 36.
Le pied 34 sert à la fixation de l'aube 24 sur le carter du compresseur basse pression, tandis que la tête sert à la fixation de cette même aube sur la virole extérieure prolongeant le carter de soufflante. De plus, l'aube 24 comprend au niveau de son pied et de sa tête, des plateformes 40 servant à reconstituer la veine secondaire entre les aubes 24, dans la direction circonférentielle.
La partie aérodynamique 32 de l'aube est préférentiellement fabriquée en deux partie distinctes, rapportées ensuite fixement l'une sur l'autre. Il s'agit tout d'abord d'un corps de l'aube 32a, qui comprend non seulement une grande partie de la partie aérodynamique 32, mais également le pied 34, la tête 36 et les plateformes 40. Ce corps 32a est réalisé d'un seul tenant. L'autre partie est formée par un capot 32b fermant le corps, et fixé à ce dernier par une technique classique comme le soudage, le brasage ou encore le collage.
Dans ce premier mode de réalisation préféré de l'invention, la partie aérodynamique 32 est équipée de deux passages intérieurs 50a, 50b sensiblement parallèles l'un à l'autre, et parallèles à la direction d'envergure 25. Plus précisément, il s'agit d'un premier passage intérieur 50a de refroidissement de lubrifiant, qui s'étend selon une première direction principale 52a d'écoulement du lubrifiant. Cette direction 52a est sensiblement parallèle à la direction d'envergure 25, et présente un sens allant du pied 34 vers la tête 36. De manière analogue, il est prévu un second passage intérieur 50b de refroidissement de lubrifiant, qui s'étend selon une seconde direction principale 52b d'écoulement du lubrifiant au sein de ce passage. Cette direction 52b est aussi sensiblement parallèle à la direction d'envergure 25, et présente un sens inverse allant de la tête 36 au pied 34. Le premier passage 50a est donc prévu pour être traversé radialement vers l'extérieur par le lubrifiant, tandis que le second passage 50b est prévu pour être traversé radialement vers l'intérieur. Pour assurer le passage de l'un à l'autre, à proximité de la tête 36, les extrémités radiales externes des deux passages 50a, 50b sont reliées fluidiquement par un coude 54 à 180°, correspondant à un creux pratiqué dans la partie aérodynamique 32. Alternativement, les passages 50a, 50b ne se raccordent pas au sein de la partie aérodynamique 32 de l'aube 24, mais s'étendent chacun séparément sur toute la longueur de la partie aérodynamique 32. Pour se raccorder fluidiquement l'un à l'autre en dehors de l'aube 24, il est par exemple prévu un coude de raccordement agencé radialement vers l'extérieur par rapport à la tête d'aube 36, par exemple en appui sur cette tête.
Les extrémités radiales internes des deux passages 50a, 50b sont quant à elles reliées au circuit de lubrifiant 56, schématisé par l'élément 56 sur la figure 2. Ce circuit 56 comprend notamment une pompe (non représentée), permettant d'appliquer au lubrifiant le sens de circulation désiré au sein des passages 50a, 50b, à savoir l'introduction du lubrifiant par l'extrémité radiale interne du premier passage 50a, et l'extraction du lubrifiant par l'extrémité radiale interne du second passage 50b. Des raccords 66 assurent la communication fluidique entre les extrémités radiales internes des passages 50a, 50b et le circuit 56, ces raccords 66 traversant le pied 34.
Les deux passages 50a, 50b ainsi que le coude 54 présentent ensemble une forme générale de U, avec le premier passage 50a et le second passage 50b décalés l'un de l'autre selon une direction transversale 60 de l'aube sensiblement orthogonale à la direction d'envergure 25. Pour optimiser au mieux les échanges thermiques, le premier passage 50a se situe du côté d'un bord de fuite 62 de l'aube 24, tandis que le second passage 50b se situe du côté d'un bord d'attaque 64. Cependant, une situation inverse peut être retenue, sans sortir du cadre de l'invention. Il est également noté que l'invention pourrait prévoir une partie aérodynamique 32 qu'avec un unique passage intérieur de refroidissement, sans sortir du cadre de l'invention. Dans ce cas de figure, certaines aubes seraient traversées par le lubrifiant de l'intérieur vers l'extérieur, tandis que d'autres aubes seraient traversées dans le sens inverse.
La partie aérodynamique 32 de l'aube directrice de sortie 24 comporte une paroi d'intrados 70, une paroi d'extrados 72, une zone pleine 74 raccordant les deux parois 70, 72 à proximité du bord de fuite 62, une zone pleine 76 raccordant les deux parois 70, 72 à proximité du bord d'attaque 64, ainsi qu'une zone pleine centrale 78. Cette dernière zone 78 raccorde les deux parois 70, 72 au niveau d'une portion sensiblement centrale de celles-ci, selon la direction de la corde de l'aube. Elle sert également de renfort structural et s'étend du pied 34 jusqu'au coude 54, tandis que les zones pleines 74, 76 s'étendent sur sensiblement toute la longueur de la partie 32, selon la direction d'envergure 25. Le premier passage 50a est formé entre les parois 70, 72 et entre les zones pleines 74, 78, tandis que le second passage 50b est formé entre les parois 70, 72 et entre les zones pleines 76, 78. Les parois d'intrados et d'extrados 70, 72 présentent, au regard des passages 50a, 50b qu'elles délimitent, des épaisseurs sensiblement constantes. En revanche, les passages 50a, 50b s'étendent transversalement selon la direction 60 en présentant une épaisseur variable entre les deux parois 70, 72. L'épaisseur maximale de ces passages peut être de l'ordre de quelques millimètres. Alternativement, les passages 50a, 50b pourraient avoir une épaisseur constante, mais dans ce cas les deux parois 70, 72 adopteraient alors une épaisseur variable pour obtenir le profil aérodynamique de l'aube.
II est noté que la paroi d'extrados 72 est intégrée au corps 32a de l'aube, tandis que la paroi d'intrados 70 est intégrée au capot 32b, ce dernier s'étendant entre les zones pleines 74, 76 qu'il forme en partie. A cet égard, les zones pleines 74, 76 présentent des renfoncements 77 formant des zones d'appui et de fixation du capot 32b sur le corps 32a. Ces renfoncements 77, de profondeur sensiblement égale à l'épaisseur du capot de fermeture 32b, permettent une jonction aérodynamique affleurante entre ces deux composants 32a, 32b.
Les deux passages intérieurs 50a, 50b de refroidissement de lubrifiant présentent la particularité d'intégrer une ou plusieurs matrices de conduction thermique 80. La présence de matrices permet d'améliorer les performances d'échange thermique, en particulier grâce au fait qu'elle procure une augmentation de la surface mouillée du côté du lubrifiant qui transite dans les passages 50a, 50b. Cette matrice 80 permet également de perturber le passage du lubrifiant, générant ainsi des turbulences qui influent directement sur le coefficient de convection du lubrifiant transitant dans la matrice. La définition d'une telle matrice peut ainsi être réalisée de façon à maximiser la performance d'échange tout en créant le moins de pertes de charges possibles entre l'entrée et la sortie de l'aube.
Pour améliorer les performances thermiques, la matrice 80 peut être réalisée dans un matériau différent de celui du corps 32a et du capot 32b. A titre d'exemples indicatifs, la matrice 80 peut être réalisée à l'aide d'un alliage à base d'aluminium ou de titane. Son volume global peut présenter une épaisseur de l'ordre de plusieurs millimètres, qui correspond à l'épaisseur du passage intérieur dans lequel elle est logée.
Dans le premier mode de réalisation préféré, il est prévu une unique matrice de conduction thermique 80 dans chaque passage intérieur 50a, 50b. Ces deux matrices 80 sont de conceptions sensiblement identiques ou analogues. Elles présentent également des densités identiques ou similaires d'organes de contact, même s'il pourrait en être autrement, sans sortir du cadre de l'invention. Par conséquent, seule la matrice 80 du premier passage intérieur 50a va à présent être décrite, mais il est à comprendre que cette description est également applicable par analogie à la matrice du second passage intérieur 50b. Par ailleurs, il est noté que le coude 54 définit un espace intérieur qui est préférentiellement exempt de plots. Il reste vide, ou bien peut être équipé de parois concentriques canalisant le lubrifiant d'un passage vers l'autre.
La matrice 80 présente la particularité d'être comprimée entre les parois d'intrados 70 et d'extrados 72. De ce fait, le contact de la matrice 80 avec ces deux parois est assuré, et les performances thermiques sont accrues. La matrice 80 prend la forme d'une tôle de forme complexe qui sépare un premier espace de circulation de lubrifiant 81a, d'un second espace de circulation de lubrifiant 81b. Le premier espace 81a est également délimité par la paroi d'intrados 70 et par les zones pleines 74, 78. Le second espace 81b est également délimité par la paroi d'extrados 72 et par les zones pleines 74, 78. Par conséquent, le lubrifiant qui pénètre dans le premier espace 81a ne peut rejoindre le second espace 81b avant sa sortie de la matrice, et inversement.
La matrice 80 définit tout d'abord des premiers organes de contact de la paroi d'intrados, référencés 82a. Ces organes 82a sont sensiblement orthogonaux à la direction 52a. Ils présentent chacun une forme générale tronconique avec un axe sensiblement orthogonal localement à la paroi d'intrados 70, et avec une section qui se rétrécit en allant vers cette paroi. Chaque organe 82a se termine par une extrémité de contact sensiblement plane 84a, en appui contre la paroi d'intrados 70. Cette extrémité sensiblement plane correspond à une partie de la matrice qui est déformée élastiquement du fait de la compression de celle-ci entre le corps 32a et son capot de fermeture 32b. Son diamètre est de l'ordre de 0,5 à 10 mm.
De manière analogue, La matrice 80 définit ensuite des seconds organes de contact de la paroi d'intrados, référencés 82b. Ces organes 82b sont sensiblement orthogonaux à la direction 52a. Ils présentent chacun une forme générale tronconique avec un axe sensiblement orthogonal localement à la paroi d'extrados 72, et avec une section qui se rétrécit en allant vers cette paroi. Chaque organe 82b se termine par une extrémité de contact sensiblement plane 84b, en appui contre la paroi d'extrados 72. Cette extrémité sensiblement plane correspond à une partie de la matrice qui est déformée élastiquement du fait de la compression de celle-ci entre le corps 32a et son capot de fermeture 32b. Son diamètre est également de l'ordre de 0,5 à 10 mm.
Les premiers organes de contact 82a sont situés dans le premier espace de circulation de lubrifiant 81a, au sein duquel le lubrifiant est destiné à s'écouler entre ces organes 82a agencés en rangées. De la même manière, les seconds organes de contact 82b sont situés dans le second espace de circulation de lubrifiant 81b, au sein duquel le lubrifiant est destiné à s'écouler entre ces seconds organes 82b également agencés en rangées. Dans la direction d'envergure 25, les rangées de premiers organes 82a sont agencées en alternance avec les rangées de seconds organes 82b, de préférence de manière à ce que l'ensemble des extrémités de contact 84a, 84b soient agencées en quinconce, comme cela est le mieux visible sur les figures 4 et 5.
Dans au moins une zone du passage 50a, et de préférence dans l'intégralité de ce dernier, les organes de contact 82a, 82b forment un ensemble de plots prévus dans une densité par exemple d'environ 3 plots/cm2. Plus généralement, la densité est comprise par exemple entre environ 1 et 5 plots/cm2 en moyenne.
De retour à la figure 2, durant le fonctionnement du moteur, le lubrifiant circulant à travers le circuit 56 est introduit dans le premier passage intérieur 50a, dans la première direction 52a allant radialement vers l'extérieur. A ce stade, le lubrifiant présente une température élevée. Un échange thermique s'effectue alors entre ce lubrifiant épousant la matrice 80 du premier passage 50a, et le flux secondaire épousant la surface extérieure des parois d'intrados et d'extrados. Le lubrifiant, après avoir été redirigé par le coude 54 dans le second passage 50b, subit dans ce dernier un refroidissement analogue, toujours par échange thermique avec le flux d'air secondaire et en circulant selon la seconde direction principale d'écoulement 52b. Ensuite, le lubrifiant refroidi est extrait de l'aube 24, et redirigé par le circuit fermé 56 vers des éléments à lubrifier et/ou vers un réservoir de lubrifiant à partir duquel du lubrifiant refroidi est pompé pour lubrifier des éléments.
La figure 7 montre un second mode de réalisation préféré dans lequel chaque passage intérieur 50a, 50b est équipé de plusieurs matrices de conduction thermique comprimées entre les parois d'intrados 70 et d'extrados 72.
Dans chaque passage 50a, 50b, les matrices 80 se succèdent selon la direction d'envergure 25, correspondant aux directions principales d'écoulement du lubrifiant 52a, 52b. Ces matrices 80 sont espacées les unes des autres selon la direction d'envergure 25 de façon à définir, entre deux d'entre elles quelconques et directement consécutives, une zone de lubrifiant 86 dont la section correspond à celle du passage associé 50a, 50b. En d'autres termes, chaque zone de lubrifiant 86 est préférentiellement laissée libre pour servir à la collecte du lubrifiant provenant des premier et second espaces de circulation de la matrice 80 la plus amont dans le sens d'écoulement du lubrifiant. Cette zone 86 sert alors également à la distribution du lubrifiant vers les premier et second espaces de circulation de la matrice 80 directement consécutive, vers l'aval. Par conséquent, ces zones de lubrifiant 86 forment des discontinuités dans la structure échangeuse de chaleur, ce qui permet en particulier de rééquilibrer la répartition des débits entre les premier et second espaces de circulation, avant l'entrée du lubrifiant dans chaque nouvelle matrice 80.
Les figures 8a à 8c montrent différentes étapes d'un procédé de fabrication d'une aube selon l'un quelconque des modes de réalisation présentés cidessus.
Tout d'abord, il est prévu une étape de réalisation de chaque matrice 80, de préférence par formage à froid d'une tôle 80' initialement plane. Cette tôle 80', montrée sur la figure 8a, présente une épaisseur de l'ordre de 0,08 à 3 mm. Son formage implique par exemple une déformation de l'ordre de 50 à 70%, de manière à faire apparaître les organes de contact 82a, 82b. A l'issue de ce formage, les extrémités de contact 84a, 84b ne sont pas planes, mais bombées.
Lors d'une étape suivante, dite étape b), il est procédé à la mise en place des matrices 80 dans une partie 88 du passage intérieur définie par le corps de l'aube 32. Cette étape b) est schématisée sur la figure 8b. Une fois logée dans la partie 88 du passage, la matrice 80 à l'état non contraint s'étend au-delà de la délimitation destinée à être formée ultérieurement par le capot de fermeture 32b, cette délimitation étant schématisée par la ligne pointillée 90. A titre d'exemple, la matrice 80 peut dépasser la délimitation 80 d'une hauteur H pouvant aller jusqu'à 5 mm.
Ensuite, il est procédé à une étape c) de mise en place du capot de fermeture 32b sur le corps d'aube 32, en appliquant une force 92 suffisamment élevée sur le capot 32b pour que ce dernier vienne en appui contre les renfoncements 77 du corps 32a. Cette force 92 est par exemple de l'ordre de 10 à 10 000 N. Durant la mise en place du capot 32b, chaque matrice 80 se comprime et se déforme élastiquement entre les parois d'intrados 70 et d'extrados 72. Durant cette phase, les extrémités de contact 84a, 84b se déforment localement en perdant progressivement leur forme bombée pour adopter une forme sensiblement plane, épousant les surfaces intérieures des parois 70, 72 sur une plus grande superficie. Cette étape c), schématisée sur la figure 8c, est réalisable grâce à la relative souplesse de la matrice 80, qui est donc capable de se déformer élastiquement et localement au niveau des extrémités de contact, afin de s'adapter parfaitement à la distance séparant les deux parois 70, 72. Il est noté qu'une partie de la déformation peut également être plastique, sans sortir du cadre de l'invention.
Enfin, une étape d) consiste en la fixation du capot de fermeture sur le corps d'aube, de préférence par collage, soudage ou brasage.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemples non limitatifs. En particulier, les caractéristiques techniques spécifiques à chacun des modes de réalisation décrits ci-dessus sont combinables entre elles, sans sortir du cadre de l'invention. Enfin, il est noté que dans le cas non illustré des aubes directrices d'entrée pour redresser le flux d'air en amont de la soufflante, ces aubes sont agencées dans tout le flux d'air de la soufflante autour d'un cône d'entrée d'air non rotatif, les pieds des aubes étant alors reliés à ce cône fixe d'entrée d'air.
Par ailleurs, d'autres architectures de moteur rentrent aussi dans le cadre de l'invention, en répondant à l'appellation « turbomachine d'aéronef à double flux». Il peut s'agir par exemple d'une architecture à triple corps par (à savoir comprenant trois arbres reliant respectivement des premiers étages de turbine à une soufflante, des deuxièmes étages de turbine à des étages de compresseur basse pression, et des troisièmes étages de turbine à des étages de compresseur haute pression), voire même une architecture à soufflante non-carénée (dite « open rotor») comportant des redresseurs, comme un moteur présentant un « flux secondaire » ouvert en comprenant une hélice rapide remplissant le rôle de soufflante ainsi qu'un stator redresseur fixe agencé à l'arrière, mais sans carter extérieur.

Claims (10)

1. Aube directrice (24) destinée à être agencée dans tout ou partie d'un flux d'air d'une soufflante (15) de turbomachine d'aéronef à double flux, l'aube directrice comprenant un pied (34), une tête (36), ainsi qu'une partie aérodynamique (32) de redressement de flux agencée entre le pied et la tête de l'aube, ladite partie aérodynamique de l'aube comportant au moins un passage intérieur (50a, 50b) de refroidissement de lubrifiant en partie délimité par une paroi d'intrados (70) et par une paroi d'extrados (72) de l'aube, la paroi d'intrados (70) faisant partie d'un corps (32a) de l'aube et la paroi d'extrados (72) faisant partie d'un capot de fermeture (32b) de ce corps, ou inversement, caractérisée en ce que ledit passage intérieur (50a, 50b) est équipé d'au moins une matrice de conduction thermique (80) comprimée entre les parois d'intrados (70) et d'extrados (72), ladite matrice séparant de part et d'autre de celle-ci un premier espace de circulation de lubrifiant (81a) également délimité par la paroi d'intrados (70), d'un second espace de circulation de lubrifiant (81b) également délimité par la paroi d'extrados (72), et en ce que ladite matrice (80) définit d'une part des premiers organes (82a) de contact de la paroi d'intrados (70) agencés dans le premier espace (81a) et entre lesquels le lubrifiant du premier espace est destiné à circuler, et d'autre part des seconds organes (82b) de contact de la paroi d'extrados (72) agencés dans le second espace (81b) et entre lesquels le lubrifiant du second espace est destiné à circuler.
2. Aube selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit passage intérieur (50a, 50b) est équipé de plusieurs matrices de conduction thermique (80) comprimées entre les parois d'intrados (70) et d'extrados (72), lesdites matrices étant espacées les unes des autres selon une direction d'envergure (25) de façon à définir, entre deux d'entre elles quelconques et directement consécutives, une zone de lubrifiant (86) servant d'une part à la collecte du lubrifiant provenant des premier et second espaces de circulation (81a, 81b) de la matrice (80) la plus amont, et d'autre part à la distribution du lubrifiant vers les premier et second espaces de circulation (81a, 81b) de la matrice (80) la plus aval.
3. Aube selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les premiers et les seconds organes de contact (82a, 82b) présentent chacun une forme générale tronconique, de section se rétrécissant en allant vers sa paroi d'intrados ou d'extrados associée.
4. Aube selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les premiers et les seconds organes de contact (82a, 82b) présentent chacun une extrémité de contact (84a, 84b) sensiblement plane en appui contre sa paroi d'intrados ou d'extrados associée.
5. Turbomachine (1) d'aéronef, de préférence un turboréacteur, comprenant une pluralité d'aubes directrices (24) selon l'une quelconque des revendications précédentes, agencées en aval ou en amont d'une soufflante (15) de la turbomachine.
6. Procédé de fabrication d'une aube (24) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
a) réalisation de ladite au moins une matrice de conduction thermique (80) ;
b) mise en place de la matrice (80) dans une partie (88) dudit passage intérieur (50a, 50b) définie par le corps (32a) de l'aube ;
c) mise en place dudit capot de fermeture (32b) sur le corps d'aube (32a), de manière à comprimer et à déformer la matrice de conduction thermique (80) ; et
d) fixation du capot de fermeture (32b) sur le corps d'aube (32a).
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'étape a) est réalisée par formage d'une tôle (80'), de préférence par formage à froid.
8. Procédé selon la revendication 6 ou la revendication 7, visant à fabriquer l'aube selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'étape b) est réalisée de sorte que les premiers et seconds organes de contact (82a, 82b) de la matrice (80) présentent chacun une extrémité de contact bombée (84a, 84b), et de sorte qu'après l'étape c) de mise en place dudit capot de fermeture, cette extrémité de contact (84a, 84b) soit sensiblement plane et en appui contre sa paroi d'intrados ou d'extrados associée.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l'étape c) est mise en œuvre de sorte que la déformation de la matrice (80) soit une déformation élastique.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que l'étape d) est mise en œuvre par soudage, brasage ou collage.
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