FR3087483A1 - Structure profilee pour aeronef ou turbomachine pour aeronef - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne une structure profilée, - allongée suivant une direction selon laquelle la structure présente une longueur (L1) exposée à un écoulement d'air (U), et - transversalement à laquelle la structure présente un bord d'attaque (164) et/ou un bord de fuite (165), dont l'un au moins est profilé et présente, suivant ladite direction d'allongement, des motifs géométriques de serration (28) définies par des dents (30) et des creux (32) se succédant. Le long du bord d'attaque et/ou du bord de fuite profilé(s), les motifs de serration (28) présentent un motif géométrique qui se répète suivant la direction d'allongement (L1), dont la forme présente un étirement et/ou une contraction : - transversalement à la direction d'allongement, et/ou - suivant la direction d'allongement.

Description

STRUCTURE PROFILEE POUR AERONEF OU TURBOMACHINE POUR AERONEF INTRODUCTION
[1] La présente invention concerne le domaine de la gestion aéroacoustique de structures profilées aérodynamiquement, ou profils d'éléments aérodynamiques, telles par exemple que des aubes fixes ou en rotation dans une turbomachine pour aéronef ou dans un banc d'essai de telles turbomachines, ou sur un bec d'entrée d'air primaire de la turbomachine.
[2] Ce type d'aube fixe se retrouve par exemple sur des aubes directrices de sortie de soufflante OGV (Outlet Guide Vane), ou redresseurs, disposés en aval d'un corps tournant pour redresser le flux d'air.
[003] Ce type d'aube en rotation se retrouve par exemple sur une roue d'aubages tournants dans une turbomachine, comme une soufflante ou une roue non carénée.
[4] Sont donc concernées tant les turbomachines carénées (turbofans/turbosoufflantes) que les turbomachines non-carénées (open-20 rotors).
[5] Un exemple sera donné pour une turbomachine double flux avec une soufflante (avant) et un redresseur disposé en veine secondaire.
[6] Notamment dans les turboréacteurs Ultra-High Bypass Ratio (UHBR ; configuration de moteur à soufflante carénée à très haut taux de dilution, au- 25 delà de 15), il est envisagé d'augmenter le diamètre de la soufflante et de réduire la longueur de la nacelle de suspension à l'aéronef, diminuant ainsi la distance entre la soufflante et les aubes directrices d'entrée de compresseurs IGV (Inlet Guide Vanes), les OGV et le bec d'entrée d'air primaire.
Dans ce type de moteur, l'interaction du sillage de la soufflante avec 30 les IGV, les OGV et le bec est une des sources de bruit dominante.
[7] Au-delà de ce constat dans une turbomachine, d'autres zones de turbomachines, mais aussi de structures profilées aérodynamiquement 2 (ailes, aubes d'open-rotor - rotor ouvert -, pylône, ...etc) sont confrontées à des problématiques aéro-acoustiques d'interaction avec l'écoulement d'air.
[8] Aussi a-t-il déjà été proposé, notamment dans le domaine des aéronefs, d'utiliser des structures profilées aérodynamiquement présentant 5 un bord d'attaque et/ou de fuite profilé ayant, suivant une ligne de bord d'attaque et/ou de fuite, un profil en serrations pourvu donc d'une succession de dents et de creux.
[9] Ainsi, ce profil en serrations s'étend le long du bord d'attaque et/ou de fuite, autrement dit dans la direction de l'allongement de la structure au bord 10 d'attaque et/ou de fuite.
[10] Notamment sur les profils à corde réduite, mais aussi sur les profils fermés - (ligne de) bord d'attaque et/ou de fuite allongé suivant une ligne ou direction d'allongement fermée sur elle-même - ligne périmétrique -, comme sur un bec d'entrée d'air primaire de turbomachine, le bruit est principalement 15 produit au niveau du bord d'attaque et/ou de fuite, plus précisément aux creux des serrations où les fluctuations de pression sont plus intenses.
[11] Au sujet du terme « corde » utilisé dans le présent texte, il est à noter que s'il n'y a pas strictement de « corde » comme dans le cas d'un bec (repéré 16 ci-après) de séparation entre les flux primaire et secondaire, on considèrera que l'expression « dans la direction de la corde (repérée 40 ci- après) du profil » correspond alors à la direction de ce qui est dénommé ci-après « axe général (X) » ou « axe X », à savoir l'axe suivant lequel s'écoule globalement le flux fluide sur la structure profilée concernée, cet axe étant typiquement transversal, voire perpendiculaire, à l'allongement de la structure profilée, qui s'étend suivant ladite « direction d'allongement ».
[12] On aura compris que l'expression « transversal(e) » n'implique pas une stricte perpendicularité.
[13] L'invention vise à prendre en considération le fait qu'une structure profilée doit, en présence d'un écoulement turbulent (par exemple dans le sillage d'une partie tournante de turbomachine ou d'une couche limite sur une paroi), faire face à un flux inhomogène et/ou anisotrope, c'est-à-dire que 3 l'intensité de la turbulence et/ou la taille des tourbillons varie dans le temps et l'espace.
Dans le sillage d'une dite partie tournante, par exemple d'une soufflante, la variation est aussi fonction du régime de rotation de la partie tournante. 5
[014] A cette fin, il est proposé une structure profilée, - allongée suivant une direction selon laquelle la structure présente une longueur (L1, ci-après) exposée à un écoulement d'air, et - transversalement à laquelle la structure présente un bord d'attaque et/ou un bord de fuite, dont l'un au moins est profilé et présente, suivant ladite 10 direction d'allongement, des serrations définies par des dents et des creux se succédant, la structure profilée étant caractérisée en ce que, le long du bord d'attaque et/ou du bord de fuite profilé(s), les serrations présentent un motif géométrique transformé, sur une partie au moins de ladite longueur (L1) 15 exposée à l'écoulement d'air, par des mise à échelles successives, via des facteurs multiplicatifs, suivant la direction d'allongement (ci-après L2, L21, L22, L23, ) et/ou transversalement à la direction d'allongement (ci-après d, di, d2, d3, ...).
[015] Ainsi, les serrations présenteront un motif géométrique suivant la 20 direction d'allongement (longueur L1), avec une forme qui, de répétition transformé en répétition transformé, s'étire ou se contracte : - transversalement à la direction d'allongement (cf. ladite amplitude (d) qui varie), et/ou - suivant la direction d'allongement (c'est-à-dire une longueur du motif dans 25 la direction d'allongement qui varie ; cf. distance (L2) variable).
[016] Ainsi le motif peut être modifié en faisant varier les amplitudes locales des serrations en conservant la position des minimas des creux et des maximas des dents, ou en faisant varier la position des creux et des dents en conservant l'amplitude des dents et creux. 30
[017] On pourra en particulier prévoir que, le motif géométrique qui se transforme évoluant de manière non-périodique, suivant ladite direction 4 d'allongement et/ou transversalement à la direction d'allongement, ce motif géométrique qui se transforme évolue de préférence suivant une/des lois d'évolution linéaire(s), quadratique(s), hyperbolique(s), exponentielle(s) ou logarithmique(s). 5
[018] Cela facilitera l'adaptation du profil des bords ou de fuite aux conditions variables des flux d'air reçus.
[19] Pour favorablement prendre en compte une relation établie entre amplitude et fréquence (si l'on appelle « fréquence », la répétition transformée du motif géométrique, suivant la direction d'allongement), il est 10 aussi proposé que les mises à échelles successives (amplitude et fréquence) varient de façon que ledit motif géométrique évolue de façon homothétique.
[20] Ainsi, ledit motif géométrique présentera, suivant tout ou partie de la longueur L1, des étirements ou des contractions évoluant de façon homothétique. 15
[021] Avec un rapport, compris entre 20 et 1.2, existant entre l'amplitude la plus grande et l'amplitude la plus petite, il est ambitionné de créer des serrations à la fois performantes en termes d'efficacité acoustique et de possibilité de réalisation structurelle (résistance mécanique/intégration dans l'environnement de proximité). 20
[022] En variant de forme de manière contrôlée sur une partie au moins de ladite longueur exposée à l'écoulement d'air, la structure profilée pourra mieux se comporter en présence d'un écoulement turbulent (par exemple dans le sillage d'une partie tournante de turbomachine ou d'une couche limite sur une paroi), inhomogène et/ou anisotrope, c'est-à-dire tel que l'intensité 25 de la turbulence et/ou la taille des tourbillons varie dans le temps et l'espace.
[23] C'est dans ce cadre que l'invention propose plusieurs profils hétérogènes avec notamment des évolutions radiales des serrations suivant un motif géométrique prédéfini.
[24] Avec un objectif comparable visant à assurer un compromis entre effet 30 acoustique maximisé et contraintes mécaniques minimisées, il est proposé que, suivant la longueur exposée à l'écoulement d'air, les serrations 5 débutent par une dent et se terminent par une dent, de préférence son sommet.
[025] Pour différencier les traitements acoustiques par zones, on pourra avoir intérêt à ce que, sur une partie au moins de ladite longueur (1:1) 5 exposée à l'écoulement d'air, la structure profilée : - puisse présenter, par les mises à échelles successives, un motif géométrique qui évolue de façon étirée en une première zone puis de façon contractée en une seconde zone, et - comporte un raccordement entre les première et seconde zones en une 10 zone de transition qui lisse ce raccordement.
[26] Ainsi, on pourra altérer localement, par un raccordement tangent, la stricte forme du motif pour arrondir la ligne de son profil.
[27] Pour limiter l'impact des serrations aux zones où la turbulence est la plus importante et limiter les perturbations induites sur le comportement 15 aérodynamique dans ces zones, et cela d'autant plus si plusieurs structures profilées, pouvant influer les unes sur les autres, sont prévues, est aussi visé par l'invention un ensemble de structures profilées, chacune ayant toutes ou partie des caractéristiques précitées : - dont les directions d'allongement respectives s'étendent radialement autour 20 d'un/de l'axe général (X), et - dont ladite amplitude (d) et/ou ladite distance (L2) entre deux motifs géométrique de serrations consécutifs (c'est-à-dire un dit motif et sa répétition étirée ou contractée qui le suit) est plus importante à une extrémité radialement extérieure de la longueur exposée à un écoulement d'air qu'à 25 une extrémité radialement intérieure de cette longueur.
[028] Ainsi, par exemple dans le cas où lesdites structures profilées seraient des OGVs situés en aval d'une soufflante, et avec de telles amplitudes et/ou longueurs d'onde (distances entre deux sommets successifs de creux ou de dents) de serrations plus importantes près du carter extérieur (en tête 30 d'aubes OGV) qu'au pied, près de la zone inter-veines, on absorberait les inconvénients liés au fait que les tourbillons de bout de pales de la soufflante 6 sont de plus grande taille et assez énergétiques sur de nombreux turboréacteurs.
[029] De ce fait, on comprendra d'autant mieux qu'est aussi concernée par l'invention : 5 - une turbomachine présentant un axe général (ce pourra être l'axe de révolution précité) et comprenant un rotor, pouvant tourner autour dudit axe général, et un stator, le stator ou le rotor comprenant des structures profilées, chacune ayant toutes ou partie des caractéristiques précitées, - et notamment une turbomachine dans laquelle le stator comprend : 10 -- une paroi annulaire de séparation (inter-veines), pour la séparation du flux d'air, en aval de la soufflante, entre un flux primaire et un flux secondaire, -- des aubes d'OGVs fixes de guidage du flux secondaire, lesquelles définissent desdites structures profilées, et/ou 15 -- des aubes d'IGVs fixes de guidage du flux primaire, lesquelles définissent desdites structures profilées.
[030] L'invention sera si nécessaire mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention pourront apparaître à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux 20 dessins annexés.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES - la figure 1 est un schéma en coupe longitudinale (axe X) d'une 25 turbomachine conventionnelle d'aéronef; - la figure 2 schématise la zone amont (bec) de la paroi de séparation entre les flux primaire et secondaire, avec une solution conforme à l'invention ; - la figure 3 peut être soit le détail III de la figure 2, soit un schéma local de profil en serrations présent sur ce qui peut être une pale d'hélicoptère, une 30 aube de la soufflante, du rotor ou du redresseur, un bec de bord d'attaque ou un volet d'aile d'aéronef ; 7 - la figure 4 est le détail IV de la figure 1 ; - la figure 5 schématise un aéronef porteur de structures conformes à l'invention ; - les figures 6 à 14 schématisent diverses formes de profils à serrations 5 conformes à l'invention et qui peuvent par exemple correspondre à la zone I des figures 1 ou 5 ; - les figures 15-16 schématisent deux autres profils à serrations conformes à l'invention, et en particulier décalées angulairement (angle a) ; - la figure 17 est un agrandissement local d'un exemple de zone à serrations, 10 conformément à l'invention, en aval d'une soufflante ; - les figures 18-19 schématisent respectivement une coupe axiale d'intensité de turbulence dans le sillage d'une soufflante de turboréacteur double flux, jusqu'aux OGV, et l'évolution radiale correspondante de l'échelle intégrale de la turbulence (A) en fonction du rayon (r), entre le rayon intérieur rint et le 15 rayon extérieur rext de la veine d'air, repérée 20 ci-après, - les figures 20-23 schématisent des parties de longueur de bord d'attaque ou de fuite à serrations à profils en serrations ayant une amplitude et/ou une fréquence qui varie ; les traits pleins montrent les profils réels des serrations, les traits ondulés grisés plus fin montrent des profils fantômes de serrations, 20 calculés pour définir la corde moyenne et figurant un profil de référence à partir duquel ont été définis les étirements ou contractions du profil réel, les variations monotones en amplitude et/ou écartement, et - les figures 24-26 schématisent des parties de longueur de bord d'attaque ou de fuite à serrations où les transformations des serrations suivent des lois 25 d'évolution non-périodique spécifiques et monotones (au moins partiellement), tels que des lois linéaires, logarithmiques et paraboliques, respectivement.
8 DESCRIPTION DETAILLEE
[31] Si l'on se reporte à la figure 1, un turboréacteur 10 d'aéronef 100 est représenté de façon schématique et est défini comme suit :
[32] La nacelle 12 sert d'enveloppe extérieure aux différents organes, 5 parmi lesquels, à l'avant (à gauche sur la figure 1) une soufflante 14 amont (AM).
[33] En aval (AV) de la soufflante 14, le flux d'air (localement schématisé 38 figure 4) est séparé par le bec séparateur 16 d'une paroi annulaire 160 en un flux d'air primaire et un flux d'air secondaire.
Le flux d'air primaire 10 parcourt un passage d'air annulaire interne ou veine primaire 18 en pénétrant dans le compresseur basse pression 22 au niveau des aubes directrices d'entrée 24 IGV.
Le flux d'air secondaire est dévié par le bec séparateur 16 dans un passage d'air annulaire externe 20 (veine secondaire) en direction des aubes directrices de sortie 26 OGV, puis vers la sortie du moteur. 15
[034] Sur les figures 2 et 3, on visualise de façon plus précise la partie avant 161 du bec séparateur 16 comprenant le bord d'attaque 164 situé le plus en amont et au niveau duquel la paroi externe 162 du bec séparateur 16 rejoint la paroi interne 163 du bec séparateur 16, la paroi supérieure 162 formant la virole intérieure de la veine secondaire 20. 20
[035] A toutes fins, il est précisé que, dans le présent texte, est axial ce qui s'étend suivant ou parallèlement à l'axe longitudinal (X) de rotation de la partie concernée de la turbomachine, lequel axe sera a priori l'axe général de rotation de cette turbomachine.
Est radial (axe Z) ce qui s'étend radialement à l'axe X et est circonférentiel ce qui s'étend autour de l'axe X.
25 Est interne ou intérieur et externe ou extérieur ce qui l'est radialement, vis- à-vis de l'axe X.
Ainsi, la paroi interne 163 est la paroi radialement interne du bec séparateur 16.
Par ailleurs, les références amont et aval sont à considérer en liaison avec l'écoulement des gaz dans la (partie de) turbomachine considérée : ces gaz entrent à l'amont et sortent à l'aval, en 30 circulant globalement parallèlement à l'axe longitudinal de rotation précité. 9
[36] En outre, les dessins joints, et les descriptions qui s'y rapportent, ont été définis en référence au repère orthogonal conventionnel X-Y-Z, avec donc l'axe X comme ci-dessus défini.
[37] Le bec séparateur 16 est constitué de deux faces : la face extérieure 5 de la paroi 162 servant de limite radialement interne au passage d'air annulaire externe 20 recevant le flux secondaire Fs tandis que la face intérieure de la paroi 163 sert de limite radialement externe au passage d'air annulaire interne 18 recevant le flux primaire Fp
[38] La paroi inférieure 163 du bec séparateur 16 forme la virole extérieure 10 du compresseur basse pression 22.
[39] Même si le décalage axial (X) vers l'aval des aubes IGV 24 par rapport au bord d'attaque 164 du bec séparateur 16 est moindre par comparaison avec celui des aubes OGV 26 par rapport à ce même bord d'attaque 164, la portion de la partie avant 161 directement adjacente au bord d'attaque 164 15 du bec séparateur 16 est dégagée.
[40] Afin de réduire le bruit généré par le bord d'attaque, par exemple d'un bec 16, OGV 26, IGV 24, on peut donc prévoir que ce bord d'attaque 164 présente un profil 28 à serrations présentant une succession de dents 30 et de creux 32, comme illustré dans les exemples. 20
[041] Mais des structures autres que sur une turbomachine, telle le turboréacteur 10, peuvent être concernées par la solution de l'invention et donc présenter un bord d'attaque 164 à profil 28 à serrations présentant une succession de dents 30 et de creux 32.
[042] La figure 5 schématise un aéronef 100 sur lequel des structures 25 profilées à tel profil 28 à serrations sont présentes, en bord d'attaque, sur les ailes 39, sur un pylône 41 de support d'un moteur 42 de l'aéronef, sur une dérive 44, un stabilisateur 46, une ou aube 48 d'hélice non-carénée (open-rotor), ou encore des aubes fixes 49 (stator) en aval d'un open rotor ou hélice non-carenée.
Sur cette figure 5, on trouve deux turbomachines de propulsion 30 de l'aéronef, comprenant deux groupes d'open-rotor, chacun à deux rotors 480a,480b se succédant coaxialement, pouvant tourner autour d'au moins 10 un axe parallèle audit axe général (X), l'un et/ou l'autre de ces rotors comprenant des structures profilées 1.
[43] Par ailleurs, la figure 3 schématise localement un profil 28 en serrations présent sur ce qui peut être, repéré 50, une pale d'hélicoptère, 5 une aube de la soufflante, une partie du rotor ou du redresseur, un bec de bord d'attaque ou un volet d'aile d'aéronef.
[44] Tous ces profils aérodynamiques ont pour point commun de générer une couche limite sur la surface en aval, et donc un écoulement turbulent.
[45] Quelle que soit l'application, concernant le profil 28 à serrations, on 10 va ici considérer : - que ce profil appartient à une structure profilée 1 (ou profil aérodynamique), autour de laquelle(duquel) s'écoule de l'air qui est allongée suivant une direction Z selon laquelle la structure (ou le profil) présente une longueur Ll exposée à l'écoulement d'air, et 15 - que, transversalement à la direction Z, la structure (ou le profil) 1 possède un bord d'attaque 164 et/ou un bord de fuite 165 (le bec séparateur 16 ne présente pas de bord de fuite), dont l'un au moins est profilé et présente donc, suivant ladite direction d'allongement Z, des serrations (profil 28) définies par lesdites dents 30 et creux 32 se succédant. 20
[046] Les dents 30 et creux 32 se succèdent alternativement
[47] Le nombre de dents 30 et celui des creux 32 sera compris entre 3 et 100, pour optimiser l'efficacité.
[48] Afin comme précité, de prendre en considération que, dans nombre de situations, une dite structure profilée 1 est exposée à un écoulement d'air 25 inhomogène et/ou anisotrope et à assurer un compromis entre la réduction de bruit visée, les pertes aérodynamiques à limiter, de même que les contraintes mécaniques, et l'intégration de la structure profilée dans son environnement, il est donc proposé que, le long du bord d'attaque 164 et/ou du bord de fuite 165 profilé(s), sur une partie au moins de ladite longueur Ll, 30 les serrations 28 présentent (voir figures 6,15 notamment) un motif 11 géométrique mais dont la forme présente un étirement et/ou une contraction, de façon répétitive: - transversalement à la direction d'allongement (on a alors une amplitude qui varie ; cf. di à d5 figure 23; voir aussi figure 20), et/ou 5 - suivant la direction d'allongement (on a alors une longueur du motif répétitif dans la direction d'allongement qui varie ; cf. longueurs L21 à L25 figure 23; voir aussi figure 21).
[49] Pour parvenir à ces étirement et/ou contraction, on a modifié un profil de serrations périodique, défini par un motif géométrique répété (motif « de 10 référence » dont un exemple est illustré en gris sur les figures 20-22) présentant deux directions caractéristiques (e.g. les directions X,r des figures concernées, avec r # X, et par exemple r=Z), ceci par le biais de la transformation suivante: le motif générique est mis à l'échelle souhaitée via un facteur multiplicatif dans une direction caractéristique, tandis que dans 15 l'autre direction caractéristique les dimensions du motif peuvent rester inchangées (figures 20-21), ou suivre une mise à l'échelle (figure 23).
[50] Comme illustré figures 20-23, ces étirements et/ou contractions d'un motif géométrique « de référence » conserveront dans ce cas le motif soit en amplitude soit en fréquence (longueur du motif). 20
[051] Ainsi, figure 20, si l'on prend comme référence de motif celui en gris sur la figure, on voit que suivant la longueur L1, la longueur ou fréquence L2 du motif est conservée et que par contre l'amplitude d varie (di,d2..).
Dans la solution de la figure 21, c'est l'inverse : l'amplitude d est conservée et la longueur ou fréquence du motif varie ; L21, L22, L23.... 25
[052] On pourra toutefois préférer, pour des zones à fort impact acoustique, des étirements et/ou contractions qui varieront en amplitude et en fréquence, comme dans l'exemple de la figure 23 : fréquence L2 et amplitude d du motif qui varient ensemble : L21, L22, L23... et di,d2,d3....
[053] Dès lors qu'il a été établi une relation entre amplitude et fréquence, on 30 pourra alors souhaiter conserver les proportions du motif géométrique étiré ou contracté ; voir homothétie de la figure 23. 12
[054] Dans un motif de serrations, l'amplitude d pourra être mesurée, suivant l'axe X, entre un sommet 300 de dent 30 et le fond 320 d'un creux 32 immédiatement adjacent.
Autrement dit, « d » est la distance maximale entre un sommet et un fond dans un motif de serrations. 5
[055] On notera aussi que l'on pourrait avoir intérêt à différencier les traitements acoustiques par zones.
Comme schématisé figures 22, 23 on pourra donc prévoir que, sur une partie au moins de ladite longueur exposée à l'écoulement d'air, le motif géométrique se répète de façon étirée (zone 31) puis de façon contractée (zone 33).
Dans certains cas, fonction des motifs, 10 fréquences et amplitudes, il pourra exister, entre ces zones 31, 33, un raccordement en une zone de transition 35 (figure 22) qui lissera ce raccordement.
Au lieu du raccordement anguleux entre les lignes des deux profils (ligne théorique à angle 37), on définira plutôt un raccordement tangent matérialisé par la portion pointillée 39, où la stricte ligne des 15 extrémités adjacentes des deux profils n'est pas respectée, mais où le raccordement est progressif, sans angle marqué.
Cette zone 35 de transition lissée pourra concernée jusqu'à 30% de la distance L2.
Il s'est en effet avéré qu'une telle zone de transition (ou de raccordement) 35 n'assurera un compromis performant entre lissage et efficacité aérodynamique que si une 20 telle zone 35 s'étend sur plus une longueur importante (>10%, voire >20%), alors que l'on présupposait le contraire.
[56] Avec un rapport entre l'amplitude la plus grande et l'amplitude la plus petite compris entre 1.2 et 20, y compris si nécessaire en tenant compte de la zone de transition/raccordement 28a évoquée ci-après, les serrations 28 25 seront à la fois performantes en termes d'efficacité acoustique, de résistance mécanique et d'intégration (fixation) dans leur environnement de proximité.
[57] Pour compléter utilement, et aux mêmes fins, cette contrainte sur d et L2, on pourra rendre hétérogènes (non uniformes sur leur longueur active L1) les profils à serrations 28 de toutes les solutions qui suivent, avec donc 30 des évolutions radiales de ces serrations ; voir figure 6. 13
[058] En particulier, les dents 30 et creux 32 se succédant ne s'étendront alors que sur une partie L1a de cette longueur L1 exposée à l'écoulement d'air.
Une partie restante L1 b de la longueur L1 sera lisse (c'est-à-dire dépourvue de serrations) ; partie 280. 5
[059] Pour affiner encore ce compromis et notamment prévenir la formation de criques au niveau des creux, par exemple la figure 6, illustre l'intérêt qu'il pourra y avoir à ce que les serrations 28 respectent, transversalement à la direction d'allongement Z, la relation : 0.005d/c50.5, avec : - « d » l'amplitude des serrations, en m, et 10 - « c » la corde de la structure profilée, à l'endroit de ces serrations, en m.
[060] Cette corde c sera soit la corde moyenne (moyenne arithmétique de la corde sur la longueur L1) sur la longueur Lia, soit celle à chaque serration (une dent suivie d'un creux), suivant ladite direction Z ; voir figures 6,10, et 20-22. 15
[061] La recherche du compromis précité a aussi mis à jour l'intérêt qu'il pourra y avoir à prévoir un raccord, appelé aussi zone de transition, 28a - où, par variation - et plus précisément diminution globale, pas nécessairement monotone - d'amplitude d et/ou d'écartement L2 entre deux motifs de serrations dans la direction d'allongement, les serrations se 20 raccorderont progressivement (zone de transition /raccordement 28a) à ladite partie lisse 280 de la longueur L1 qui en est dépourvue; cf figures 7-8, et/ou - où les serrations 28 se termineront (à leur extrémité de raccordement à la partie lisse) par une zone 280a qui tangentera ladite partie lisse 280 ; cf 25 figures 7-8.
[062] En particulier dans cette situation, on tirera un avantage au moins structurel à ce que, suivant la longueur L1, les serrations 28 débutent et/ou se terminent par une dent 30, comme illustré figures 6,7, ou figure 14.
Ainsi, on limitera certaines contraintes mécaniques au niveau des encastrements. 30
[063] Rechercher encore davantage ce compromis pourra même amener à choisir qu'en particulier en zone de transition 28a une série d'au moins deux 14 (de préférence trois) dents 30 et deux (de préférence trois) creux 32 consécutifs à partir de ladite partie L1b de la longueur dépourvue de serrations présente : - une distance L2 (strictement) croissante, suivant ladite direction 5 d'allongement, entre deux motif de serrations consécutifs (s), et/ou - une amplitude d (strictement) croissante, comme illustré notamment figures 7,8.
[64] Par ailleurs, en prévoyant une corde c plus longue sur la partie lisse 280 qu'elle ne l'est en fond (sommets 320) du creux 32 le plus proche, on 10 renforcera la structuration mécanique et l'effet de limitation acoustique, en favorisant la définition de la zone de transition 28a.
[65] Dans ce qui suit, on va concentrer les explications sur l'exemple des OGVs 26 en ce qu'il s'agit typiquement d'une zone critique puisque située juste en aval de la soufflante 14.
Mais les caractéristiques concernées sont 15 extrapolables à d'autres cas de profil à serrations 28.
[66] Les serrations 28 au niveau du bord d'attaque 164 des OGV 26 peuvent perturber les propriétés aérodynamiques de l'OGV ou rendre délicate l'intégration mécanique de l'OGV dans la veine 20 (figure 1).
Afin de limiter l'impact de ces serrations sur la performance aérodynamique des 20 OGV, sur les contraintes mécaniques locales et sur leur intégration, on a choisi que de telles serrations ne couvrent qu'entre 0.05L et 0.95L de l'envergure active (longueur L1) de l'OGV.
[67] Les figures 11-14 illustrent différentes situations de telles zones partielles de serrations 28 en bord d'attaque 164 et/ou de fuite 165. 25
[068] Ainsi: - en figure 11 : Serrations 28 absentes en extrémité interne 281 des profils (ici absentes en pied d'OGV).
On vise à relâcher les contraintes mécaniques et/ou aérodynamiques en extrémité interne, tout en maintenant une bonne atténuation des niveaux acoustiques en extrémité externe 283 (près du 30 carter extérieur 53 dans l'exemple) où l'intensité de la turbulence et l'échelle intégrale de la turbulence sont importantes.
Les serrations près du carter 15 extérieur pourraient également être utiles pour éviter un éventuel décollement de la couche limite à certains régimes ou conditions de vol, - en figure 12 : Serrations 28 absentes en extrémité externe 283 des profils (ici absentes en tête d'OGV).
On vise à relâcher les contraintes mécaniques 5 et/ou aérodynamiques en tête tout en maintenant une bonne atténuation sur le reste de l'envergure du profil ou à éviter un éventuel décollement de la couche limite à certains régimes au niveau du pied de la structure (support, par exemple moyeu central 55 auquel peut appartenir la paroi annulaire 160 ; figures 2,4), 10 - en figure 13 : Serrations 28 présentes en partie intermédiaire du profil au niveau, mais absentes en extrémité externe 283 et interne 281.
On vise alors à éliminer les possibles contraints mécaniques au niveau des jonctions entre la structure concernée et ici les parois de la veine 20 (carter extérieur 53 et moyeu 55 dans l'exemple), en supprimant les serrations en pied 281 et tête 15 283 d'OGV tout en conservant leur intérêt pour adresser les sillages turbulents intermédiaires, - en figure 14 : Serrations 28 présentes en extrémité externe 283 et interne 281, mais absentes en partie intermédiaire du profil.
On vise alors à limiter l'introduction des serrations aux zones où la turbulence est la plus importante 20 et à supprimer ailleurs ces serrations afin de ne pas perturber le comportement aérodynamique dans ces zones.
En particulier à un régime de fonctionnement médian, entre un ralenti et un plein régime, on limitera alors les décollements de la couche limite vers les extrémités externe 283 et interne 281. 25
[069] Concernant la forme du motif de serrations 28, ce pourra être des ondulations arrondies, comme des ondulations sinusoïdales, ou des formes autres, comme celle en sapin illustrée figure 16.
Figure 16, mais aussi figure 15, les (certaines) serrations 28 présentent un angle incident a aigu par rapport à l'axe X. 16
[70] Suivant les cas de figures, on pourra aussi adapter la flèche de la structure 1 (en anglais, « sweep » angle) par rapport à la perpendiculaire à l'axe X, à l'endroit de la structure.
[71] Pour augmenter la décorrelation ou déphasage entre les sources de 5 bruit le long de l'envergure, on pourra aussi choisir que le bord d'attaque 164 et/ou le bord de fuite 165 profilé(s) s'étende suivant une ligne générale incurvée ayant une concavité orientée vers l'amont, comme illustré par exemple figures 6 ou 10.
[72] On aura en outre compris de ce qui précède que la structure 1 sur 10 laquelle on a raisonné pourra typiquement, comme dans le cas non limitatif d'une application à des OGVs, appartenir à un ensemble de structures profilées chacune ayant toutes ou partie des caractéristiques précitées, et dont les directions d'allongement respectives Z s'étendront radialement autour de l'axe X. 15
[073] Notamment dans le cas non limitatif de tels OGVs 1/26, on pourra en outre chercher à absorber les inconvénients liés aux tourbillons de bout des pales de la soufflante 14, là où ils sont de plus grande taille qu'ailleurs et assez énergétiques.
[74] Pour cela, on cherchera à ce que la fréquence du motif, à savoir donc 20 la distance L2 entre deux motifs de serrations consécutifs et/ou l'amplitude d soit plus importante en extrémité radialement extérieure 283 de la longueur L1 qu'en extrémité radialement intérieure 281.
[75] Ainsi, les amplitudes et/ou longueurs d'onde des serrations 26 concernées seront plus importantes près du carter extérieur 53 que près de 25 la zone inter-veines (moyeu 55/paroi 160).
[76] II est aussi à noter que l'invention permet de prendre en compte les propriétés locales de l'écoulement turbulent U concerné, comme celui à l'amont des OGV par exemple, pour définir la géométrie des ondulations en fonction de la distribution radiale de l'échelle intégrale de la turbulence (A 30 figure 17) dans le sillage de la soufflante 14. 17
[77] En liaison avec ce point, la figure 6 montre un OGV 1/26 avec des ondulations optimisées en fonction de l'échelle intégrale A de la turbulence locale le long de l'envergure.
Il convient d'observer que l'amplitude d des ondulations et la « longueur d'onde » L2 sont bien plus importantes près du 5 carter 55 qu'en pied d'aube OGV (support/moyeu 55).
Ceci est dû aux tourbillons de bout de pale de la soufflante 14.
[78] Les figures 18 et 19 schématisent en outre respectivement l'intensité de turbulence et l'évolution radiale de l'échelle intégrale de la turbulence, dans le sillage de la soufflante 14, jusqu'aux OGV 26.
Dans cet exemple, à 10 partir des 2/3 extérieurs, l'échelle intégrale de la turbulence (A) augmente brusquement, pour culminer juste avant le rayon extérieur, rext.
En pratique, une évolution linéaire ou quadratique comme illustré en pointillé sur la figure 19 peut être utilisée pour définir l'évolution des serrations.
[79] En liaison avec cela, les figures 24-26 schématisent trois situations 15 où, sur une partie au moins de ladite longueur (L1) exposée à l'écoulement d'air, les transformations des serrations suivent des lois d'évolution respectivement : - linéaire (figure 24), - logarithmique (figure 25), 20 - parabolique (figure 26).
[080] On pourra préférer une loi quadratique, hyperbolique ou exponentielle ; ceci en amplitude (di, d2, d3, ...) et/ou en distance (L2, L21, L22, L23, ...), suivant une direction d'allongement.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS1. Structure profilée pour aéronef ou turbomachine pour aéronef, - allongée suivant une direction d'allongement selon laquelle la structure présente une longueur (L1) exposée à un écoulement d'air (U), et - transversalement à laquelle la structure présente un bord d'attaque (164) et/ou un bord de fuite (165), dont l'un au moins est profilé et présente, suivant ladite direction d'allongement, des serrations (28,28a) définies par des dents (30) et des creux (32) se succédant, la structure profilée étant caractérisée en ce que, le long du bord d'attaque (164) et/ou du bord de fuite (165) profilé(s) les serrations (28,28a) présentent un motif géométrique transformé, sur une partie au moins de ladite longueur (L1) exposée à l'écoulement d'air, par des mise à échelles successives, via des facteurs multiplicatifs, suivant la direction d'allongement (L2, L21, L22, L23) et/ou transversalement à la direction d'allongement (d,di,d2).
  2. 2. Structure profilée selon la revendication 1 dans laquelle, le motif géométrique qui se transforme évoluant de manière non-périodique, il évolue de préférence : - suivant la direction d'allongement, selon une loi d'évolution linéaire, quadratique, hyperbolique, exponentielle ou logarithmique, et/ou - transversalement à la direction d'allongement, selon une loi d'évolution linéaire, quadratique, hyperbolique, exponentielle ou logarithmique.
  3. 3. Structure profilée selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les mises à échelles successives (di,d2... ; L2, L21, L22, L23) varient de façon que ledit motif géométrique évolue de façon homothétique.
  4. 4. Structure profilée selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les dents (30) et creux (32) se succédant ne s'étendent que sur une partie de ladite longueur exposée à l'écoulement 19 d'air, une partie restante (280) de ladite longueur étant lisse, dépourvue de serrations.
  5. 5. Structure profilée selon la revendication 4, dans laquelle une série d'au moins trois dents (30) et trois creux (32) consécutifs, à partir de 5 ladite partie (280) de la longueur qui est dépourvue de serrations, présente une distance croissante, suivant ladite direction d'allongement, entre deux sommets (300,320) de dents ou de creux consécutifs (s).
  6. 6. Structure profilée selon l'une quelconque des revendications précédentes qui, par les mises à échelles successives, présente un motif 10 géométrique qui évolue de façon étirée en une première zone (31) puis de façon contractée en une seconde zone (33), et comporte un raccordement entre les première et seconde zones (31,33) en une zone (35) de transition qui lisse ce raccordement.
  7. 7. Structure profilée selon l'une quelconque des revendications 1 15 à 5, qui présente une zone de raccordement (35) lissant le raccordement entre deux dits motifs géométriques consécutifs, la zone de raccordement pouvant s'étendre, suivant la direction d'allongement, jusqu'à 30% de la distance (L2) entre deux motifs dits motifs géométriques consécutifs.
  8. 8. Structure profilée selon l'une quelconque des revendications 20 précédentes dans laquelle, suivant la longueur exposée à l'écoulement d'air, les serrations (28) débutent et/ou se terminent par le sommet d'une dent (30).
  9. 9. Structure profilée selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle un rapport, compris entre 20 et 1.2, existe entre l'amplitude la plus grande et l'amplitude la plus petite. 25
  10. 10. Structure profilée selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le nombre de dents (30) est compris entre 3 et 100.
  11. 11. Ensemble de structures profilées, chacune selon l'une quelconque des revendications précédentes, dont les directions 30 d'allongement respectives s'étendent radialement autour d'un axe de révolution (X), et dont ladite distance (L2, L21, L22, L23, ...) et/ou ladite 20 amplitude (d, di, d2, d3, ...) des serrations (28) est plus importante à une extrémité radialement extérieure de la longueur exposée à un écoulement d'air qu'à une extrémité radialement intérieure de cette longueur.
  12. 12. Turbomachine comprenant un rotor (14,48) et un stator (49,55), 5 le stator et/ou le rotor comprenant des structures profilées (1), chacune selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.
  13. 13. Turbomachine selon la revendication 12, comprenant deux rotors (480a,480b), pouvant tourner parallèlement audit axe général (X), l'un et/ou l'autre des rotors comprenant des structures profilées (1), chacune 10 selon l'une quelconque des revendications précédentes.
  14. 14. Turbomachine selon la revendication 12 ou 13, dans laquelle le stator comprend : - une paroi (160) annulaire de séparation, pour la séparation d'un flux d'air, en aval de la soufflante, entre un flux primaire et un flux secondaire,
  15. 15 - des aubes (26, OGV) fixes de guidage du flux secondaire (Fs), lesquelles définissent desdites structures profilées, et/ou - des aubes (24, IGV) fixes de guidage du flux primaire (Fp), lesquelles définissent desdites structures profilées. 20
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