FR3083260A1 - Module d’un moteur d’aeronef a double flux dont un bras integre une aube de stator - Google Patents

Module d’un moteur d’aeronef a double flux dont un bras integre une aube de stator Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un module d'un moteur (1) d'aéronef à double flux, comportant une veine annulaire (8) d'écoulement d'un flux secondaire (F) de gaz dans laquelle est montée une rangée annulaire (10) d'aubes de stator configurées pour redresser le flux de gaz, un bras (2) s'étendant dans ladite veine (8) en aval de ladite rangée annulaire (10) d'aubes et étant relié physiquement à l'une desdites aubes (2b) de stator de façon à former un ensemble aérodynamique unique, caractérisé en ce qu'au moins une (15') des deux aubes adjacentes à l'aube (2b) dudit ensemble aérodynamique unique est du type à calage variable et apte à être déplacée en rotation autour d'un axe sensiblement radial par rapport à un axe longitudinal (X) du moteur.

Description

MODULE D’UN MOTEUR D’AERONEF A DOUBLE FLUX DONT UN BRAS INTEGRE UNE AUBE DE STATOR
Domaine technique :
La présente invention se rapporte au domaine des moteurs d’aéronefs à double flux. Elle concerne plus particulièrement la conception des pièces, aubes de stators et bras structuraux traversant le flux secondaire.
Etat de l’art :
Un moteur à double flux comprend généralement, en aval d’une soufflante, une rangée annulaire d’aubes montées dans la veine d’écoulement secondaire pour y redresser le flux de gaz et améliorer le rendement du moteur. La veine d’écoulement secondaire entoure le carter du compartiment moteur. Elle est donc généralement traversée, par au moins un bras fixant le carter à un élément de l’aéronef, par exemple un pylône sous une aile ou la partie arrière du fuselage. Généralement la rangée d’aubes de stator est fixée en amont du carter du compartiment moteur, au plus près de la soufflante dans la veine d’écoulement secondaire et le bras structural se trouve en aval.
La présence du bras structural perturbe l’action des aubes de stator sur au moins deux aspects. D’un point de vue aérodynamique, les modifications d’écoulement induites par le bras remontent au niveau des aubes de stator, voire de la soufflante et dégradent leur fonctionnement. D’un point de vue acoustique, le bras interagit de manière instationnaire avec le sillage de la soufflante et des aubes de stator, ce qui crée des sources de bruit.
L’invention a pour objectif de réduire certains de ces inconvénients liés à la présence du bras derrière les aubes de stator.
Présentation de l’invention:
L’invention concerne un module d’un moteur d’aéronef à double flux, comportant une veine annulaire d’écoulement d’un flux secondaire de gaz dans laquelle est montée une rangée annulaire d’aubes de stator configurées pour redresser le flux de gaz, un bras s’étendant dans ladite veine en aval de ladite rangée annulaire d’aubes et étant relié physiquement à l’une desdites aubes de stator de façon à former un ensemble aérodynamique unique, caractérisé en ce qu’au moins une des deux aubes adjacentes à l’aube dudit ensemble aérodynamique unique est du type à calage variable et apte à être déplacée en rotation autour d’un axe sensiblement radial par rapport à un axe longitudinal du moteur.
La jointure entre le bras et l’aube qui le précède évite les interactions de sillage supplémentaires dues à la présence du bras. Cela supprime donc une source de bruit. Par ailleurs, le calage variable de l’aube adjacente permet de prendre en compte la perturbation de l’écoulement due au bras, pour améliorer le rendement.
De préférence, les deux aubes adjacentes à l’aube dudit ensemble aérodynamique unique sont du type à calage variable.
Avantageusement, les autres aubes de ladite rangée sont fixes ou, au moins, parmi les autres aubes de ladite rangée, plusieurs aubes sont fixes.
Au moins une des aubes adjacentes à l’aube dudit ensemble aérodynamique unique peut avoir un profil aérodynamique identique à celui des autres aubes de ladite rangée.
Dans une variante de réalisation, au moins une des aubes adjacentes à l’aube dudit ensemble a un profil aérodynamique différent de celui des autres aubes de ladite rangée annulaire.
Ledit bras peut être un bras de passage de servitudes et/ou un bras structural.
Avantageusement, ledit bras est configuré pour être raccordé à un pylône de fixation du moteur à l’aéronef.
L’invention concerne également un ensemble propulsif, comportant un moteur d’aéronef et un pylône de fixation du moteur à l’aéronef, ledit moteur comportant un module tel que décrit précédemment.
Brève description des figures :
La présente invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 représente très schématiquement une coupe axiale d’un moteur d’aéronef selon l’invention.
La figure 2 représente schématiquement des coupes radiales indiquant les profils d’aubes de rotor et de stator dans un moteur selon l’invention.
La figure 3 représente schématiquement, en coupe radiale, le profil de l’aube intégrée au bras et de la première aube adjacente du stator, dans une première variante de réalisation de l’invention.
La figure 4 représente schématiquement, en coupe radiale, le profil de l’aube intégrée au bras et de la première aube adjacente du stator, dans une deuxième variante de réalisation de l’invention.
Description d’un mode de réalisation de l’invention :
La figure 1 illustre un cas de moteur à double flux 1 attaché par un bras 2 à un pylône de fixation 3 sur la structure d’un aéronef, sous une aile par exemple.
L’amont et l’aval s’entendent ici par rapport à la direction générale du flux d’air suivant l’axe X du moteur. Ledit moteur 1 comprend un compartiment générateur de puissance 4 de type turbomachine alimenté en flux primaire par une entrée d’air annulaire 5. Le compartiment générateur de puissance 4 comportant au moins un corps haute pression et une turbine basse pression n’est pas détaillé ici. Un carter entoure ces éléments du moteur et en assure notamment la tenue structurale.
Le compartiment générateur de puissance entraîne une hélice 6 placée en amont de l’entrée d’air annulaire 5 du flux primaire. Cette hélice est carénée par une nacelle 7 qui s’étend axialement autour d’au moins une partie amont du compartiment générateur de puissance 4. Une veine d’écoulement secondaire 8 est formée entre la nacelle 7 et un capot 9 entourant le compartiment générateur de puissance 4 après l’entrée d’air annulaire 5 du flux primaire. Une rangée annulaire 10 d’aubes de stator traverse la veine annulaire 8, en aval de l’entrée d’air annulaire 5. Cette rangée annulaire 10 d’aubes de stator a pour fonction de redresser le flux d’air F entraîné par l’hélice 6 qui passe dans la veine 8 d’écoulement secondaire.
Le bras 2 traverse la veine 8 d’écoulement secondaire en aval de la rangée annulaire 10 d’aubes de stator pour être fixé au carter du compartiment générateur de puissance 4. En particulier, le bras 2 comporte une partie structurale 2a qui est décalée axialement de la rangée annulaire 10 d’aubes de stator, en aval de cette dernière.
Selon l’invention, le bras 2 comporte une partie aérodynamique 2b en amont qui forme une des aubes de la rangée annulaire 10 d’aubes de stator. Cette partie aérodynamique 2b traverse la veine 8 d’écoulement secondaire, du capot 9 à la nacelle 7, comme les autres aubes 11 de la rangée annulaire 10. Avantageusement, la partie aérodynamique 2b et la partie structurale 2a se raccordent axialement de manière douce, sans ruptures de pente, sur toute l’extension radiale de la veine 8.
En référence à la figure 2, les aubes 12 de l’hélice 6 en rotation à la vitesse ω impriment à l’écoulement, pour un rayon donné r par rapport à l’axe X du moteur, une vitesse v qui a une composante azimutale importante u, sensiblement égale à la vitesse circonférentielle Γ.ω du profil des aubes 12 au rayon r. Les aubes 11 de la rangée annulaire 10 du stator sont configurées pour infléchir l’écoulement et faire en sorte que sa vitesse v’ ait une composante azimutale faible en sortie de la rangée annulaire 10 d’aubes.
L’aube 11 en haut à droite de la figure 2 est censée représenter le cas général d’une aube 11 de la rangée annulaire 10 d’aubes de stator éloignée du bras 2, qui est peu influencée par ce dernier. Son profil perpendiculaire à la direction radiale est courbé et réglé avec un angle de calage a. L’angle de calage a est ici l’angle que fait la ligne joignant le bord d’attaque 13 et le bord de fuite 14 du profil avec la direction axiale X.
La partie inférieure droite de la figure 2 représente le bras 2 intégrant l’aube 2b formée en amont par sa partie aérodynamique. Les lignes en traits pointillés, 2’a et 11’, montrent les profils initiaux qu’auraient la partie structurale 2a du bras et l’aube de stator si cette dernière n’était pas intégrée. L’aube de stator aurait essentiellement le même profil 11’ et le même calage que l’aube 11 du cas général. La partie structurale 2a aurait un profil épais, sensiblement symétrique autour de la direction axiale X et conformé pour minimiser ses effets sur l’écoulement redressé derrière les aubes 11 de la rangée annulaire 10. La partie structurale 2a est positionnée en aval par rapport à la partie aérodynamique 2b de manière à être centrée sensiblement autour de la position qu’aurait le bord de fuite du profil initial 1T de l’aube.
La partie structurale 2a et la partie aérodynamique 2b sont déformées par rapport aux profils initiaux 2’a et 1T. En particulier, elles sont étendues axialement pour entrer en contact avec un raccord continu, avantageusement sans rupture de pente sur le profil de l’ensemble. En allant de l’amont vers l’aval, le raccord avec déformation part sensiblement du lieu d’épaisseur maximale du profil initial 11’ de l’aube sur la partie aérodynamique 2b, pour faciliter l’épaississement nécessaire jusqu’à la partie structurale 2a et minimiser les zones de changement de courbure sur le profil général du bras 2.
La présence du bras 2 avec une partie aérodynamique 2b en amont remplaçant une aube 11’ de la rangée annulaire 10 du stator est une source de distorsion sur l’écoulement autour des aubes de la rangée annulaire 10 qui en sont proches. Notamment, l’épaisseur de la partie structurale 2a et du raccord écarte l’écoulement. Il est alors avantageux de modifier la géométrie d’une ou plusieurs aubes de la rangée annulaire 10, circonférentiellement de part et d’autre du bras 2, par rapport à la géométrie du cas général d’aube 11, afin d’améliorer la performance globale de la rangée annulaire 10 d’aubes intégrant la partie aérodynamique 2b du bras 2, notamment en ce qui concerne les pertes de pression.
Les figures 3 et 4 illustrent deux variantes où seule l’aube 15 la plus proche circonférentiellement du bras 2, du côté intrados de la partie aérodynamique 2b du bras, est modifiée. L’aube suivante, non représentée, de la rangée annulaire du stator conserve ici le profil de l’aube 11 du cas général représenté sur la figure 2.
Sur la figure 3, c’est la géométrie du profil aérodynamique de l’aube adjacente 15 qui est modifiée par rapport à celui d’une aube 11”, représentée en traits discontinus, correspondant au cas général placée au même endroit sur la circonférence de la rangée annulaire 10. Ici, une aube présentant un profil dont l’épaisseur varie autour d’une ligne médiane appelée squelette, du bord d’attaque au bord de fuite, c’est essentiellement la loi de variation de l’angle du squelette 16 de l’aube 15 avec l’axe X du moteur entre le bord d’attaque 13 et le bord de fuite 14 qui est modifiée par rapport au squelette 17 de l’aube 11” qui représenterait le cas général. Ici, le squelette 16 démarre avec sensiblement le même angle au bord d’attaque 10 que le cas général 17, pour être adapté à l’écoulement incident, et arrive avec un angle beaucoup plus faible au bord de fuite 14 que dans le cas général, pour tenir compte de la perturbation par le bras 2.
Sur la figure 4, l’aube 15’ adjacente a la même géométrie qu’une aube 11” du cas général placée au même endroit, représentée en traits discontinus, mais son angle de calage β est modifié. Ici, l’angle de calage β est diminué par rapport à celui a du cas général 11” pour que le squelette 16’ au niveau du bord de fuite 14’ ait un angle avec l’axe moteur X similaire à celui obtenu en modifiant la géométrie de l’aube sur la figure précédente.
Des extensions des variantes précédentes concernent les cas où plus d’aubes adjacentes, du côté intrados et extrados, par rapport au profil aérodynamique du bras, sont modifiées. Dans un mode de réalisation préférentiel, autant d’aubes sont modifiées du côté extrados que du côté intrados. Le nombre d’aubes modifiées peut varier de quatre à huit, sachant qu’une rangée annulaire 10 d’aubes de stator de redresseur derrière l’hélice 6 comporte généralement dix aubes.
Une troisième variante, non représentée, généralise celle de la figure 4 dans le cas où toutes les aubes de la rangée annulaire 10, hormis celle intégrée au bras, sont conçues pour être à calage variable. La conception d’une rangée annulaire d’aube à calage variable peut être avantageuse pour optimiser les performances du redresseur en fonction du régime du moteur. Dans cette variante, le système de commande des aubes à calage variable est conçu pour donner, à même position de l’actionneur de changement de calage, un angle de calage différent aux aubes adjacentes en fonction de leur localisation par rapport au bras 2. La loi de variation de l’angle de calage peut ainsi être adaptée au moins pour les aubes de la rangée annulaire qui sont proches en azimut du bras.
L’invention a été présentée dans le cas où le bras 2 a pour fonction principale de relier le moteur 1 au pylône de fixation à la structure de l’aéronef. Ce bras peut aussi servir de passage à des servitudes vers le moteur. De plus, l’invention est également applicable dans une configuration où le moteur est fixé différemment à l’aéronef et où le bras concerné servirait de passage de servitudes entre le moteur et la nacelle.

Claims (11)

  1. Revendications
    1. Module d’un moteur (1) d’aéronef à double flux, comportant une veine annulaire (8) d’écoulement d’un flux secondaire (F) de gaz dans laquelle est montée une rangée annulaire (10) d’aubes de stator configurées pour redresser le flux de gaz, un bras (2) s’étendant dans ladite veine (8) en aval de ladite rangée annulaire (10) d’aubes et étant relié physiquement à l’une desdites aubes (2b) de stator de façon à former un ensemble aérodynamique unique, caractérisé en ce qu’au moins une (15’) des deux aubes adjacentes à l’aube (2b) dudit ensemble aérodynamique unique est du type à calage variable et apte à être déplacée en rotation autour d’un axe sensiblement radial par rapport à un axe longitudinal (X) du moteur.
  2. 2. Module d’un moteur (1) d’aéronef à double flux selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les deux aubes adjacentes à l’aube dudit ensemble aérodynamique unique sont du type à calage variable.
  3. 3. Module d’un moteur (1) d’aéronef à double flux selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les autres aubes (11) de ladite rangée sont fixes.
  4. 4. Module d’un moteur (1) d’aéronef à double flux selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, parmi les autres aubes (11) de ladite rangée, plusieurs aubes sont fixes.
  5. 5. Module d’un moteur (1) d’aéronef à double flux selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que au moins une (15’) des aubes adjacentes à l’aube (2b) dudit ensemble aérodynamique unique a un profil aérodynamique identique à celui des autres aubes de ladite rangée.
  6. 6. Module d’un moteur (1) d’aéronef à double flux selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que au moins une (15) des aubes adjacentes à l’aube (2b) dudit ensemble a un profil aérodynamique différent de celui des autres aubes (11) de ladite rangée annulaire (10).
  7. 7. Module d’un moteur (1) d’aéronef à double flux selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit bras (2) est un bras de passage de servitudes.
  8. 8. Module d’un moteur (1) d’aéronef à double flux selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit bras (2) est un bras structural.
  9. 9. Module d’un moteur (1) d’aéronef à double flux selon l’une quelconque des 10 revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit bras (2) est configuré pour être raccordé à un pylône (3) de fixation du moteur (1) à l’aéronef.
  10. 10. Ensemble propulsif, comportant un moteur (1) d’aéronef et un pylône (3) de fixation du moteur à l’aéronef, ledit moteur comportant un module selon l’une des
  11. 15 revendications précédentes.
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