FR3074217A1 - Aube pour une turbomachine d'aeronef - Google Patents
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Abstract
Aube (100) pour une turbomachine d'aéronef, cette aube comprenant une pale (16) reliée par une plateforme (13) à un pied (14) qui est configuré pour être engagé dans une alvéole de forme complémentaire d'un disque de rotor (12) de la turbomachine, ladite plateforme comportant un becquet amont (23) situé du côté d'un bord d'attaque (16c) de ladite pale, et un becquet aval (24) situé du côté d'un bord de fuite (16d) de la pale, chacun desdits becquets comportant des surfaces latérales orientées du côté de la pale et reliées entre elles par une ligne de crête (25) s'étendant sensiblement depuis la pale jusqu'à un bord libre (17U, 17D) du becquet, caractérisée en ce que chacun desdits becquets comporte des surfaces latérales orientées du côté dudit pied et reliées entre elles par une ligne de sillon (27) au moins en partie parallèle à ladite ligne de crête et s'étendant depuis ledit pied jusqu'à un bord libre du becquet, lesdits becquets ayant chacun une épaisseur sensiblement constante le long dudit bord libre.
Description
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne une aube pour une turbomachine d’aéronef, et en particulier une aube de rotor pour une telle turbomachine.
ETAT DE L’ART
Classiquement, une aube de rotor de turbomachine comprend une pale reliée par une plateforme à un pied qui est configuré pour être engagé dans une alvéole de forme complémentaire d’un disque de rotor de la turbomachine. L’ensemble comportant le disque et les aubes à sa périphérie forme une roue qui fait partie d’un rotor de la turbomachine et par exemple un rotor d’un compresseur ou d’une turbine.
Les caractéristiques des aubes, telles que leur géométrie et leur matériau, sont choisies en fonction des performances recherchées et des conditions d’utilisation des aubes en fonctionnement. Dans une turbine par exemple, les aubes d’une roue de rotor sont soumises à des températures importantes et des matériaux appropriés, tels qu’un aluminure de titane, doivent être utilisés pour assurer une bonne tenue en température des aubes.
Toutefois, un matériau de ce type présente en général une très mauvaise coulabilité si bien que les aubes réalisées de fonderie avec ce matériau doivent subir une opération de reprise par usinage dans leur intégralité. La réalisation par fonderie resterait rentable si l’aube pouvait rester brute et ne pas subir d’usinage. Toutefois, pour atteindre ce but, il serait nécessaire de conserver un profil épais de la pale et ceci au détriment de la masse totale de l’aube. Cette augmentation de masse de la pale et donc de l’aube est problématique car elle est pénalisante pour le dimensionnement et le fonctionnement du moteur. En effet, l’augmentation de masse de l’aube engendre un surpoids de la turbine et par défaut une augmentation de la consommation de carburant pour une même poussée. Cela a également un impact sur le dimensionnement du disque et du carter de turbine. Le critère de masse est ainsi essentiel lors de la conception d’une aube.
La Demanderesse a déjà proposé une solution pour faciliter la fabrication d’une aube de rotor dans le document FR-A1-3 014 941. Dans ce document, la plateforme d’une aube comprend une ligne de crête qui s’étend sur la plateforme, entre ses bords amont et aval, et qui traverse la pale. Cette ligne de crête entraîne un décrochement de la planéité de la surface de veine de la plateforme, qui permet de répondre aux problématiques de fonderie lors du coulage et du démoulage. Cependant, cette ligne de crête entraîne une surépaisseur de la plateforme et donc une augmentation supplémentaire de sa masse, et ne permet pas de solutionner le problème évoqué ci-dessus.
La présente invention propose un perfectionnement à cette technologie qui apporte une solution simple, efficace et économique au problème de la technique antérieure.
EXPOSE DE L’INVENTION
L’invention propose une aube pour une turbomachine d’aéronef, cette aube comprenant une pale reliée par une plateforme à un pied qui est configuré pour être engagé dans une alvéole de forme complémentaire d’un disque de rotor de la turbomachine, ladite plateforme comportant un becquet amont situé du côté d’un bord d’attaque de ladite pale, et un becquet aval situé du côté d’un bord de fuite de la pale, chacun desdits becquets comportant des première et deuxième surfaces latérales orientées du côté de ladite pale, lesdites première et deuxième surfaces étant reliées entre elles par une ligne de crête s’étendant sensiblement depuis la pale jusqu’à un bord libre du becquet, caractérisée en ce que chacun desdits becquets comporte des troisième et quatrième surfaces latérales orientées du côté dudit pied, lesdites troisième et quatrième surfaces étant reliées entre elles par une ligne de sillon au moins en partie parallèle à ladite ligne de crête et s’étendant depuis ledit pied jusqu’à un bord libre du becquet, lesdites première et troisième surfaces étant sensiblement parallèles et lesdites deuxième et quatrième surfaces étant sensiblement parallèles, en particulier de façon à ce que lesdits becquets aient chacun une épaisseur sensiblement constante le long dudit bord libre.
Suite à l’augmentation de masse de la pale évoquée plus haut, la solution proposée afin de ne pas augmenter la masse de l’aube consiste donc à optimiser la géométrie de la plateforme et en particulier de ses becquets. Les épaisseurs des becquets sont sensiblement constantes et réduites par rapport à celles de la technique antérieure. Les becquets peuvent ainsi être laissés bruts de fonderie et ne pas nécessiter d’usinage post coulage. L’optimisation de la géométrie des becquets permet de compenser l’augmentation de masse de la pale. La masse globale de l’aube reste ainsi identique. De plus, étant donné que les becquets sont laissés bruts de fonderie, la proportion d’usinage est diminuée et donc le coût de réalisation de l’aube l’est aussi.
L’aube selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en comparaison les unes avec les autres :
- chaque ligne de crête s’étend sensiblement depuis ledit bord d’attaque ou de fuite jusqu’à un bord libre amont ou aval dudit becquet,
- chaque ligne de sillon s’étend sensiblement depuis ledit pied jusqu’à un bord libre amont ou aval dudit becquet,
- ledit becquet amont est relié au reste de la plateforme par une marche, ladite ligne de crête s’étendant sur le becquet amont et cette marche,
- ledit bord libre dudit becquet aval passe au niveau d’un raccordement dudit bord de fuite à ladite plateforme,
- l’aube comprend des raidisseurs transversaux reliés à ladite plateforme et s’étendant du côté dudit pied, ladite ligne de sillon de chaque becquet étant reliée à un desdits raidisseurs qui s’étend sensiblement perpendiculairement à cette ligne,
- ladite ligne de sillon s’étend au moins en partie sur le raidisseur auquel il est relié,
- ladite ligne de crête présente en section transverse une forme arrondie convexe, dont un rayon de courbure est compris entre 2 et 4mm par exemple,
- ladite ligne de sillon présente en section transverse une forme arrondie concave, dont un rayon de courbure est compris entre 4 et 6mm par exemple,
- ladite épaisseur est comprise entre 1 et 2mm,
- elle est réalisée dans un aluminure de titane.
La présente invention concerne encore une roue de rotor pour une turbomachine d’aéronef, comportant un disque de rotor comprenant à sa périphérie une rangée annulaire d’alvéoles dans lesquelles sont engagés des pieds d’aubes telles que décrites précédemment.
DESCRIPTION DES FIGURES
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en perspective d'aubes de turbomachine ;
- la figure 2 est une vue schématique en perspective d'une roue de rotor de turbomachine, comportant des aubes du type de celle de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue schématique en perspective d'une aube de turbomachine selon l’invention ; et
- les figures 4 et 5 sont des vues schématiques à plus grande échelle de détails de l’aube de la figure 3.
DESCRIPTION DETAILLEE
La figure 1 représente trois aubes 10 adjacentes pour une turbomachine d’aéronef. Chacune de ces aubes 10 est conçue pour être assemblée avec N-1 aubes 10 identiques, de manière à former une roue à aubes comprenant N aubes 10 (Fig. 2).
Dans la roue, les aubes 10 sont montées sur un disque de rotor 12 de manière axisymétrique autour de l'axe X de la roue. Lorsque la roue est exploitée, un flux de gaz s'écoule suivant l'axe X d'un côté amont à un côté aval de la roue. Dans ce qui suit, les éléments associés au côté amont sont notés 'U', et les éléments associés au côté aval sont notés 'D'.
Chaque aube 10 comporte successivement, suivant une direction radiale R sortante de la roue, un pied 14, une pale 16, et un talon 18. La pale 16 comprend un intrados 16a, un extrados 16b, un bord d’attaque 16b et un bord de fuite 16c. Le pied 14 et le talon 18 constituent les deux extrémités de l'aube. Ils comportent respectivement une plateforme 13 et une plateforme 22. Ces plates-formes 13,22 s'étendent dans une direction globalement perpendiculaire à la direction longitudinale de la pale 16 (qui est la direction radiale R pour l'aube 10).
La plateforme 13 comprend un becquet amont 23 et un becquet aval 24. Le becquet amont 23 s’étend sensiblement vers l’amont depuis le bord d’attaque 16b de la pale 16, et le becquet aval 24 s’étend sensiblement vers l’aval depuis le bord de fuite 16c de la pale.
La plateforme 13 présente, du côté 15 de la veine d’écoulement des gaz, c’est-à-dire sur son côté radialement externe par rapport à la direction R, deux surfaces latérales 15ss, 15ps qui sont reliées entre elles par une ligne de crête 25 s’étendant entre les bords libres amont 17U et aval 17D des becquets 23, 24. La surface 15ps s’étend du côté de l’intrados 16a de la pale, entre la pale et un bord latéral d’intrados 17ps de la plateforme. La surface 15ss s’étend du côté de l’extrados 16b de la pale, entre la pale et un bord latéral d’extrados 17ss de la plateforme. Les surfaces 15ss, 15ps sont reliées aux intrados et extrados de la pale 16 par des raccordements 20 qui sont des congés de raccordement à rayon évolutif.
Les figures 3 à 5 représentent un mode de réalisation de l’invention dans lequel l’aube 100 comprend globalement toutes les caractéristiques décrites dans ce qui précède.
L’aube 100 se distingue de l’aube 10 essentiellement en ce que chacun de ses becquets 23, 24 comporte, du côté de la veine ou de la pale 16, deux surfaces latérales 15ss1, 15ps1 et 15ss2, 15ps2 reliées par une ligne de crête 25, et du côté opposé à la veine, c’est-à-dire du côté du pied 14, deux surfaces latérales 26ss1, 26ps1 et 26ss2, 26ps2 qui sont reliées entre elles par une ligne de sillon 27 au moins en partie parallèle à la ligne de crête 25.
La surface 26ss1 s’étend du côté de l’extrados de la pale, entre le pied et les bords 17U, 17ss de la plateforme. De la même façon, la surface 26ss2 s’étend du côté de l’extrados de la pale, entre le pied et les bords 17D, 17ss de la plateforme. La surface 26ps1 s’étend du côté de l’intrados de la pale, entre le pied et les bords 17U, 17ps de la plateforme. La surface 26ps2 s’étend du côté de l’intrados de la pale, entre le pied et les bords 17D, 17ps de la plateforme. Les surfaces 15ps1, 26ps1 sont sensiblement parallèle, les surfaces 15ps2, 26ps2 sont sensiblement parallèles, les surfaces 15ss1, 26ss1 sont sensiblement parallèles, et les surfaces 15ss2, 26ss2 sont sensiblement parallèles.
Dans l’exemple représenté, la ligne de crête 25 s’étend à l’amont, entre le bord d’attaque 16c de la pale 16 et le bord libre 17U, et à l’aval, entre le bord de fuite 16d de la pale et le bord libre 17D. La ligne de crête 25 a ici en section une forme générale arrondie convexe dont le rayon de courbure est compris entre 2 et 4mm, et est de préférence compris entre 3,1 et 3,3mm.
Le becquet amont 23 est ici relié au reste de la plateforme 13 par une marche 28. La ligne de crête 25 s’étend sur le becquet amont 23 et cette marche 28, comme cela est visible à la figure 4.
Par ailleurs, l’aube 100 comprend des raidisseurs 29a, 29b, ici un raidisseur amont 29a et un raidisseur aval 29b. Les raidisseurs 29a, 29b s’étendent sensiblement en direction transversale.
Le raidisseur aval 29b s’étend à l’extrémité aval du pied 14, en le reliant à la plateforme 13. Il s’étend transversalement entre les bords 17ss, 17ps. La ligne de sillon 27 s’étend depuis le bord libre 17D jusque sur le raidisseur 29b, comme cela est visible à la figure 5. Cette figure montre également que le bord 17D s’étend sensiblement au droit du bord de fuit 16d, ou du moins de son raccordement 20 à la plateforme.
Le raidisseur amont 29a s’étend au niveau de l’extrémité amont du pied 14. Il s’étend transversalement entre les bords 17ss, 17ps. Il comprend ici une gorge transversale 30 sensiblement en U, qui débouche radialement vers l’intérieur par rapport à la direction R et est destinée à recevoir un anneau de verrouillage (non représenté) de façon bien connu par un homme du métier. Cette gorge 30 divise le raidisseur amont 29a en deux portions, respectivement amont et aval. La portion amont du raidisseur 29a est située en amont du pied 14 et sa portion aval s’étend entre l’extrémité amont du pied et la plateforme. La ligne de sillon 27 s’étend depuis le bord libre 17U jusque sur la portion amont du raidisseur 29a, comme cela est visible à la figure 5.
Chaque ligne de sillon 27 présente ici en section une forme arrondie concave, dont le rayon de courbure est compris entre 4 et 6mm et est de préférence compris entre 4,8 et 5mm.
Les becquets 23, 24 ont une épaisseur sensiblement constante le long de leur bord libre 17U, 17D (mesurée sensiblement le long de l’axe R), qui est par exemple comprise entre 1 et 2mm.
L’aube peut être réalisée dans un alliage à base de titane et d’aluminium.
Claims (10)
1. Aube (100) pour une turbomachine d’aéronef, cette aube comprenant une pale (16) reliée par une plateforme (13) à un pied (14) qui est configuré pour être engagé dans une alvéole de forme complémentaire d’un disque de rotor (12) de la turbomachine, ladite plateforme comportant un becquet amont (23) situé du côté d’un bord d’attaque (16c) de ladite pale, et un becquet aval (24) situé du côté d’un bord de fuite (16d) de la pale, chacun desdits becquets comportant des première et deuxième surfaces latérales (15ss, 15ps) orientées du côté de ladite pale, lesdites première et deuxième surfaces étant reliées entre elles par une ligne de crête (25) s’étendant sensiblement depuis la pale jusqu’à un bord libre (17U, 17D) du becquet, caractérisée en ce que chacun desdits becquets comporte des troisième et quatrième surfaces latérales (26ss, 26ps) orientées du côté dudit pied, lesdites troisième et quatrième surfaces étant reliées entre elles par une ligne de sillon (27) au moins en partie parallèle à ladite ligne de crête et s’étendant depuis ledit pied jusqu’à un bord libre du becquet, lesdites première et troisième surfaces étant sensiblement parallèles et lesdites deuxième et quatrième surfaces étant sensiblement parallèles.
2. Aube (100) selon la revendication 1, dans laquelle ledit becquet amont (23) est relié au reste de la plateforme (13) par une marche (28), ladite ligne de crête (25) s’étendant sur le becquet amont et cette marche.
3. Aube (100) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle ledit bord libre (17D) dudit becquet aval (24) passe au niveau d’un raccordement (20) dudit bord de fuite (16d) à ladite plateforme (13).
4. Aube (100) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle elle comprend des raidisseurs transversaux (29a, 29b) reliés à ladite plateforme (13) et s’étendant du côté dudit pied (14), ladite ligne de sillon (27) de chaque becquet (23, 24) étant reliée à un desdits raidisseurs qui s’étend sensiblement perpendiculairement à cette ligne.
5. Aube (100) selon la revendication 4, dans laquelle ladite ligne de sillon (27) s’étend au moins en partie sur le raidisseur (29a, 29b) auquel il est relié.
6. Aube (100) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ladite ligne de crête (25) présente en section transverse une forme arrondie convexe, dont un rayon de courbure est compris entre 2 et 4mm par exemple.
7. Aube (100) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ladite
5 ligne de sillon (27) présente en section transverse une forme arrondie concave, dont un rayon de courbure est compris entre 4 et 6mm par exemple.
8. Aube (100) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ladite épaisseur est comprise entre 1 et 2mm.
9. Aube (100) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle elle est îo réalisée dans un aluminure de titane.
10. Roue de rotor pour une turbomachine d’aéronef, comportant un disque de rotor (12) comprenant à sa périphérie une rangée annulaire d’alvéoles dans lesquelles sont engagés des pieds d’aubes (100) selon l’une des revendications précédentes.
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