FR3101107A1 - DAWN FOR AN AIRCRAFT TURBOMACHINE - Google Patents
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Abstract
Aube pour une turbomachine d’aéronef, cette aube comportant une pale (26) comportant un intrados et un extrados qui sont reliés entre eux par un bord d’attaque et par un bord de fuite (26b), la pale comprenant un première portion (P1) réalisée dans un premier matériau et définissant ledit bord d’attaque ainsi que des parties de l’intrados et de l’extrados, et une seconde portion (P2) réalisée dans un second matériau, et définissant ledit bord de fuite ainsi que d’autres parties de l’intrados et de l’extrados, caractérisée en ce que ladite première portion s’étend sur plus de 75% d’une corde de la pale. Figure pour l'abrégé : Figure 6Blade for an aircraft turbomachine, this blade comprising a blade (26) comprising an intrados and an extrados which are interconnected by a leading edge and by a trailing edge (26b), the blade comprising a first portion ( P1) made from a first material and defining said leading edge as well as parts of the lower surface and upper surface, and a second portion (P2) made from a second material, and defining said trailing edge as well as d other parts of the lower surface and the upper surface, characterized in that said first portion extends over more than 75% of a chord of the blade. Figure for abstract: Figure 6
Description
Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention
La présente invention concerne une aube pour une turbomachine d’aéronef.The present invention relates to a blade for an aircraft turbomachine.
Arrière-plan techniqueTechnical background
Une aube de turbomachine d’aéronef peut être une aube de rotor ou de stator et comprend classiquement une pale comportant un extrados et un intrados qui sont reliés entre eux par des bords d’attaque et de fuite des gaz s’écoulant dans la turbomachine.An aircraft turbomachine blade can be a rotor or stator blade and conventionally comprises a blade comprising an upper surface and a lower surface which are interconnected by leading and trailing edges of the gases flowing in the turbomachine.
Les pales des aubes sont classiquement réalisées en alliage métallique par exemple par fonderie ou par une méthode dite à la « cire perdue », bien connue de l’homme du métier.The blades of the blades are conventionally made of a metal alloy, for example by foundry or by a so-called "lost wax" method, well known to those skilled in the art.
Pour optimiser les performances de la turbomachine, il est important que les bords de fuite des aubes soient les plus fins possibles.To optimize the performance of the turbomachine, it is important that the trailing edges of the blades are as thin as possible.
Cependant, les méthodes de réalisation des pales actuellement utilisées présentent des limites. En effet, un bord de fuite d’une pale réalisée de fonderie ne peut pas avoir une épaisseur inférieure à environ 0,3-0,4mm car la coulée de métal dans des espaces très minces d’un moule peut présenter des difficultés de remplissage et de solidification. Par ailleurs, il y a un compromis à trouver entre l’épaisseur la plus fine possible d’un bord de fuite et la durée de vie de la pale comportant ce bord de fuite, plus le bord de fuite étant fin plus il est fragile et susceptible de se déformer.However, the blade production methods currently used have limitations. Indeed, a trailing edge of a blade made from foundry cannot have a thickness less than about 0.3-0.4mm because the casting of metal in very thin spaces of a mold can present filling difficulties. and solidification. Furthermore, there is a compromise to be found between the thinnest possible thickness of a trailing edge and the life of the blade comprising this trailing edge, the thinner the trailing edge, the more fragile it is and susceptible to deformation.
La présente invention apporte une solution simple, efficace et économique à au moins une partie de ces problèmes.The present invention provides a simple, effective and economical solution to at least some of these problems.
L’invention propose ainsi une aube pour une turbomachine d’aéronef, cette aube comportant une pale comportant un intrados et un extrados qui sont reliés entre eux par un bord d’attaque et par un bord de fuite, la pale comprenant une première portion liée à ladite première portion et réalisée dans un premier matériau et définissant ledit bord d’attaque ainsi que des parties de l’intrados et de l’extrados, et une seconde portion réalisée dans un second matériau, et définissant ledit bord de fuite ainsi que d’autres parties de l’intrados et de l’extrados, caractérisée en ce que ladite première portion s’étend sur plus de 75% d’une corde de la pale.The invention thus proposes a blade for an aircraft turbine engine, this blade comprising a blade comprising a lower surface and an upper surface which are interconnected by a leading edge and by a trailing edge, the blade comprising a first portion connected to said first portion and made of a first material and defining said leading edge as well as parts of the lower and upper surfaces, and a second portion made of a second material, and defining said trailing edge as well as other parts of the intrados and of the extrados, characterized in that the said first portion extends over more than 75% of a chord of the blade.
Dans la présente demande, on entend par « corde » d’une pale, le segment qui relie les bords d’attaque et de fuite de la pale, dans un plan perpendiculaire à un axe d’allongement ou un axe radial de la pale. La première portion s’étend sur plus de 75% de la corde de la pale et représente ainsi la plus grande portion de la pale.In the present application, the term "chord" of a blade means the segment which connects the leading and trailing edges of the blade, in a plane perpendicular to an axis of elongation or a radial axis of the blade. The first portion extends over more than 75% of the chord of the blade and thus represents the largest portion of the blade.
On comprend ainsi que les deux portions sont fabriquées indépendamment l’une de l’autre, ce qui présente plusieurs avantages. Tout d’abord, il est possible de réaliser les portions dans des matériaux différents. La fabrication de la seconde portion dans un matériau différent de la première portion peut permettre de réduire l’épaisseur du bord de fuite en changeant son matériau par rapport à la technique antérieure.It is thus understood that the two portions are manufactured independently of each other, which has several advantages. First of all, it is possible to make the portions in different materials. The manufacture of the second portion in a material different from the first portion can make it possible to reduce the thickness of the trailing edge by changing its material compared to the prior art.
Il est également possible de réaliser les portions par des méthodes distinctes. Dans le cas où ces modes de fabrication permettraient de réaliser des épaisseurs fines de matière, il serait également possible de réduire l’épaisseur du bord de fuite de la pale par rapport à la technique antérieure.It is also possible to make the portions by separate methods. In the event that these manufacturing methods would make it possible to produce thin thicknesses of material, it would also be possible to reduce the thickness of the trailing edge of the blade compared to the prior art.
L’aube selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :The blade according to the invention may comprise one or more of the following characteristics, taken separately from each other or in combination with each other:
- les deux portions sont solidarisées l’une sur l’autre par collage, par fabrication additive d’un des matériaux sur l’autre des matériaux, ou sont assemblées par un emboîtement mâle-femelle ;- the two portions are secured to each other by gluing, by additive manufacturing of one of the materials on the other of the materials, or are assembled by a male-female interlocking;
- l’emboîtement mâle-femelle est configuré pour assurer un maintien des deux portions dans au moins une direction ;- the male-female interlock is configured to maintain the two portions in at least one direction;
- la pale est reliée à des extrémités opposées à deux plateformes ;- the blade is connected at opposite ends to two platforms;
- au moins un organe de retenue est rapportée sur l’aube afin de solidariser lesdites première et seconde portions entre elles ;- at least one retainer is attached to the blade in order to secure said first and second portions together;
- ledit au moins un organe de retenue est rapportée sur la pale et/ou au moins une des plateformes ;- said at least one retainer is attached to the blade and/or at least one of the platforms;
- ledit au moins un organe est une goupille engagée dans des orifices des deux portions ;- said at least one member is a pin engaged in orifices of the two portions;
- ledit au moins un organe est choisi parmi un ressort, un écrou, un rivet, une lamelle, et un clip ;- said at least one member is chosen from a spring, a nut, a rivet, a strip, and a clip;
- les premier et second matériaux sont métalliques ;- the first and second materials are metallic;
- les premier et second matériaux sont différents, le second matériau étant par exemple une céramique et le premier matériau étant par exemple métallique.- the first and second materials are different, the second material being for example a ceramic and the first material being for example metallic.
La présente invention concerne encore un procédé de réalisation d’une aube telle que décrite précédemment, dans lequel il comprend l’étape de :The present invention also relates to a method for producing a blade as described above, in which it comprises the step of:
a) fabrication de ladite première portion, puisa) manufacture of said first portion, then
b) fabrication in situ de ladite seconde portion sur ladite première portion ou fixation de ladite seconde portion sur ladite première portion.b) manufacture in situ of said second portion on said first portion or fixing of said second portion on said first portion.
L’étape b) peut être réalisée par assemblage mâle-femelle des deux portions, et solidarisation des deux portions par au moins un organe de retenue rapporté.Step b) can be carried out by male-female assembly of the two portions, and joining of the two portions by at least one attached retaining member.
Dans un mode de réalisation de l’invention, à l’étape a), les deux portions sont réalisées en métal par une méthode choisie parmi la fonderie, la forge et la fabrication additive, éventuellement suivi d’un usinage, et, à l’étape b), la première portion est chauffé et la seconde portion est refroidie afin que les portions soient fixées ensemble par frettage.In one embodiment of the invention, in step a), the two portions are made of metal by a method chosen from foundry, forging and additive manufacturing, optionally followed by machining, and, at 'step b), the first portion is heated and the second portion is cooled so that the portions are fixed together by shrinking.
Dans une variante de réalisation de l’invention, dans lequel, à l’étape a), la seconde portion est réalisée en céramique par une méthode choisie parmi une injection de céramique dans un moule, suivie d’une cuisson, un usinage d’un bloc céramique, et une combinaison des deux.In a variant embodiment of the invention, in which, in step a), the second portion is made of ceramic by a method chosen from among injection of ceramic into a mold, followed by firing, machining of a ceramic block, and a combination of the two.
Brève description des figuresBrief description of 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 :The invention will be better understood and other details, characteristics and advantages of the invention will appear more clearly on reading the following description given by way of non-limiting example and with reference to the accompanying drawings in which:
Description détaillée de l'inventionDetailed description of the invention
La figure 1 montre de manière schématique une turbomachine 10 d’aéronef qui comprend de manière classique un générateur de gaz 12 dont un arbre entraîne une soufflante 14 qui est ici entourée par un carter 15. Le générateur de gaz 12 comprend au moins un compresseur 16, une chambre de combustion 18 et au moins une turbine 20.FIG. 1 schematically shows an aircraft turbomachine 10 which conventionally comprises a gas generator 12, one shaft of which drives a fan 14 which is here surrounded by a casing 15. The gas generator 12 comprises at least one compressor 16 , a combustion chamber 18 and at least one turbine 20.
Dans le cas d’une turbomachine à double flux, respectivement primaire et secondaire, la soufflante 14 génère un flux d’air qui se divise en un flux primaire qui pénètre dans le générateur de gaz 12 et en un flux secondaire qui s’écoule autour du générateur de gaz et est schématiquement représenté par les flèches 22.In the case of a dual-flow turbomachine, respectively primary and secondary, the fan 14 generates an air flow which is divided into a primary flow which enters the gas generator 12 and into a secondary flow which flows around of the gas generator and is schematically represented by the arrows 22.
Le flux primaire traverse notamment le compresseur 16 et la turbine 18 qui comprennent des aubes.The primary flow notably passes through the compressor 16 and the turbine 18 which comprise blades.
La figure 2 représente une aube 24 de rotor de turbine. De manière classique, l’aube 24 comprend une pale 26 dont une extrémité est reliée à un pied 28 et dont l’extrémité opposée est reliée à un talon 30.Figure 2 shows a turbine rotor blade 24. Conventionally, the blade 24 comprises a blade 26, one end of which is connected to a root 28 and the opposite end of which is connected to a heel 30.
La figure 3 représente un secteur de distributeur 32 de turbine, ce secteur comportant des aubes 34 de stator qui s’étendent entre deux plates-formes, respectivement interne 36 et externe 38. Chaque aube 34 est formée par une pale 26 qui a un profil aérodynamique.FIG. 3 represents a turbine nozzle sector 32, this sector comprising stator vanes 34 which extend between two platforms, respectively internal 36 and external 38. Each vane 34 is formed by a blade 26 which has a profile aerodynamic.
La présente invention propose une aube qui peut être une aube d’un rotor ou d’un stator d’une turbomachine d’aéronef.The present invention proposes a blade which may be a blade of a rotor or of a stator of an aircraft turbine engine.
Comme c’est le cas des aubes décrits dans ce qui précède, l’aube selon l’invention comporte une pale 26 comportant un intrados et un extrados qui sont reliés entre eux par un bord d’attaque 26a et par un bord de fuite 26b.As is the case with the blades described in the foregoing, the blade according to the invention comprises a blade 26 comprising an intrados and an extrados which are interconnected by a leading edge 26a and by a trailing edge 26b .
La pale 26 comprend une première portion P1 réalisée dans un premier matériau et définissant le bord d’attaque 26a ainsi que des parties de l’intrados et de l’extrados, et une seconde portion P2 réalisée dans un second matériau et définissant le bord de fuite 26b ainsi que d’autres parties de l’intrados et de l’extrados.The blade 26 comprises a first portion P1 made from a first material and defining the leading edge 26a as well as parts of the lower surface and the upper surface, and a second portion P2 made from a second material and defining the leading edge. leak 26b as well as other parts of the intrados and the extrados.
Dans la présente demande, on entend par « corde » d’une pale, le segment qui relie les bords d’attaque et de fuite de la pale, dans un plan perpendiculaire à un axe d’allongement ou un axe radial de la pale. La première portion P1 s’étend sur plus de 75% de la corde de la pale et représente donc la plus grande portion de la pale.In the present application, the term "chord" of a blade means the segment which connects the leading and trailing edges of the blade, in a plane perpendicular to an axis of elongation or a radial axis of the blade. The first portion P1 extends over more than 75% of the blade chord and therefore represents the largest portion of the blade.
Les figures 4 et 5 illustrent un premier exemple de réalisation de l’invention dans lequel la première portion P1 est réalisée en alliage métallique tandis que la seconde portion P2 est réalisée en céramique.Figures 4 and 5 illustrate a first embodiment of the invention in which the first portion P1 is made of metal alloy while the second portion P2 is made of ceramic.
L’aube représentée dans les dessins est une aube de distributeur 32 bien que cela ne soit pas limitatif.The vane shown in the drawings is a nozzle vane 32 although this is not limiting.
La première portion P1 est une portion principale de la pale 26 qui a une étendue axiale mesurée le long de l’axe longitudinal de la turbomachine, qui représente entre 60 et 95% de l’étendue axiale maximale de la pale.The first portion P1 is a main portion of the blade 26 which has an axial extent measured along the longitudinal axis of the turbomachine, which represents between 60 and 95% of the maximum axial extent of the blade.
La seconde portion P2 est rapportée sur la première portion P1 et peut y être maintenue par toute technique appropriée. La seconde portion est par exemple partiellement engagée dans une rainure de l’extrémité de la première portion P1 destinée à être recouverte par la seconde portion P2.The second portion P2 is attached to the first portion P1 and can be held there by any appropriate technique. The second portion is for example partially engaged in a groove of the end of the first portion P1 intended to be covered by the second portion P2.
La seconde portion peut avoir une étendue radiale mesurée par rapport à l’axe longitudinal de la turbomachine, qui est supérieure à celle de la pale 26. Les extrémités radialement interne et externe de cette portion sont alors destinées à être montées ou à traverser des orifices prévus à cet effet dans les plateformes 36, 38 du distributeur 32. L’extrémité interne de la seconde portion P2 est par exemple logée dans un trou borgne de la plateforme interne et son extrémité externe est par exemple engagée dans une ouverture de la plateforme externe (le trou borgne et l’ouverture ne sont pas représentés dans les dessins).The second portion may have a radial extent measured relative to the longitudinal axis of the turbomachine, which is greater than that of the blade 26. The radially internal and external ends of this portion are then intended to be mounted or to pass through orifices provided for this purpose in the platforms 36, 38 of the distributor 32. The internal end of the second portion P2 is for example housed in a blind hole of the internal platform and its external end is for example engaged in an opening of the external platform (the blind hole and the opening are not shown in the drawings).
Au moins un organe de retenue peut être rapporté sur la pale 26 et/ou sur au moins une des plateformes 36, 38, pour assurer un maintien de la seconde portion P2 vis-à-vis de la première portion P1. Cet organe 40 peut être choisi parmi un ressort, un écrou, un rivet, une lamelle et un clip.At least one retaining member can be attached to the blade 26 and/or to at least one of the platforms 36, 38, to ensure that the second portion P2 is held in place with respect to the first portion P1. This member 40 can be chosen from a spring, a nut, a rivet, a blade and a clip.
Par exemple, une lamelle pourrait être soudée sur la plateforme externe 38, à l’extérieur de la veine s’étendant entre les plateformes 36, 38, de manière à maintenir en place la seconde portion P2. La lamelle pourrait passer sur cette seconde portion P2, avec une légère torsion pour la maintenir fermement. En cas de réparation, il suffirait de débraser la lamelle pour démonter et remplacer la seconde portion P2.For example, a lamella could be welded to the outer platform 38, outside the vein extending between the platforms 36, 38, so as to hold the second portion P2 in place. The slat could pass over this second portion P2, with a slight twist to hold it firmly. In the event of repair, it would suffice to unbraze the slat to dismantle and replace the second portion P2.
La céramique étant un matériau réfractaire, elle tient très bien les conditions de température rencontrées dans une turbomachine. Par ailleurs, le bord de fuite 26b est une zone subissant pas ou peu d’impact, ce qui limite le risque de rupture de la céramique.Since ceramic is a refractory material, it withstands the temperature conditions encountered in a turbomachine very well. Furthermore, the trailing edge 26b is an area undergoing little or no impact, which limits the risk of the ceramic breaking.
En cas de dégradation de la portion P2 sans dégradation de la portion P1, il est également possible de l’échanger lors d’une maintenance, sans avoir à changer la totalité de l’aube ou du distributeur 32.In the event of degradation of portion P2 without degradation of portion P1, it is also possible to exchange it during maintenance, without having to change the entire blade or distributor 32.
La céramique peut être obtenue de différentes manières, par exemple par un procédé d’injection céramique dans un moule, puis cuisson. Elle peut également être obtenue par usinage, ou une combinaison d’injection et d’usinage. L’épaisseur du bord de fuite 26b peut alors être diminuée jusqu’à 0,3mm voire moins selon les qualités de la céramique. La portion P2 peut avoir une étendue radiale comprise entre 5 et 10cm, et une étendue axiale comprise entre 1 et 3cm. Son épaisseur de paroi peut être de l’ordre de 1mm du côté de la portion P1, et 0,2mm du côté du bord de fuite 26b.Ceramic can be obtained in different ways, for example by a ceramic injection process in a mold, then firing. It can also be obtained by machining, or a combination of injection and machining. The thickness of the trailing edge 26b can then be reduced to 0.3 mm or even less depending on the qualities of the ceramic. The portion P2 can have a radial extent comprised between 5 and 10cm, and an axial extent comprised between 1 and 3cm. Its wall thickness can be of the order of 1mm on the side of the portion P1, and 0.2mm on the side of the trailing edge 26b.
Les figures 6 à 8 illustrent un autre exemple de réalisation de l’invention dans lequel les deux portions P1, P2 sont réalisées en alliage métallique.Figures 6 to 8 illustrate another embodiment of the invention in which the two portions P1, P2 are made of metal alloy.
Les deux portions P1, P2 sont assemblées par un emboîtement mâle-femelle.The two portions P1, P2 are assembled by a male-female fitting.
L’emboîtement mâle-femelle est configuré pour assurer un maintien des deux portions dans au moins une direction et ici en particulier dans un plan transversal à l’aube perpendiculaire aux bords d’attaque (non visible) et de fuite 26b.The male-female interlocking is configured to maintain the two portions in at least one direction and here in particular in a plane transverse to the blade perpendicular to the leading (not visible) and trailing edges 26b.
Dans l’exemple représenté, la seconde portion P2 comprend un embout mâle 42 qui a une forme allongée et est destinée à être engagée dans l’embout femelle 44 de forme complémentaire de la première portion P1 par coulissement dans une direction Y perpendiculaire au plan précité. L’embout mâle 42 a ici une forme sensiblement en queue d’aronde. Les figures 9 et 10 illustrent des variantes de réalisation de l’emboîtement mâle-femelle.In the example shown, the second portion P2 comprises a male end 42 which has an elongated shape and is intended to be engaged in the female end 44 of complementary shape to the first portion P1 by sliding in a Y direction perpendicular to the aforementioned plane. . The male end 42 here has a substantially dovetail shape. Figures 9 and 10 illustrate variant embodiments of male-female interlocking.
Au moins un organe de retenue 46 est rapporté sur la pale et/ou au moins une des plateformes (non représentées) de l’aube correspondante pour assurer un maintien des deux portions P1, P2 au moins dans la direction Y.At least one retainer 46 is attached to the blade and/or at least one of the platforms (not shown) of the corresponding blade to ensure that the two portions P1, P2 are held in place at least in the Y direction.
Cet organe 46 peut être une goupille ou un pion engagé dans des orifices 48 des deux portions P1, P2, comme cela est visible dans les dessins. Avantageusement, cette goupille est située à l’extérieur de la veine et donc au niveau des plateformes, c’est-à-dire que la pale 26 est destinée à traverser une ouverture de cette plateforme, comme évoqué dans ce qui précède.This member 46 can be a pin or a pin engaged in orifices 48 of the two portions P1, P2, as can be seen in the drawings. Advantageously, this pin is located outside the vein and therefore at the level of the platforms, that is to say that the blade 26 is intended to pass through an opening of this platform, as mentioned in the foregoing.
L’aube peut être réalisée de la façon suivante.The dawn can be made in the following way.
Les portions P1, P2 sont fabriquées indépendamment l’une de l’autre. Les deux portions sont ici réalisées en métal par une méthode choisie parmi la fonderie, la forge et la fabrication additive, éventuellement suivie d’un usinage. La première portion P1 est alors chauffée et la seconde portion P2 est refroidie afin que ces portions soient fixées ensemble par frettage et assemblage mâle-femelle. L’organe de retenue 48 est alors rapporté sur les portions P1, P2 pour solidariser l’ensemble.Portions P1, P2 are manufactured independently of each other. The two portions are here made of metal by a method chosen from foundry, forging and additive manufacturing, possibly followed by machining. The first portion P1 is then heated and the second portion P2 is cooled so that these portions are fixed together by shrink fitting and male-female assembly. The retainer 48 is then attached to the portions P1, P2 to secure the assembly.
De manière générale, l’invention permet de réduire et de mieux maîtriser l’épaisseur d’un bord de fuite d’une aube de turbomachine.In general, the invention makes it possible to reduce and better control the thickness of a trailing edge of a turbine engine blade.
Claims (14)
a) fabrication de ladite première portion (P1), puis
b) fabrication in situ de ladite seconde portion (P2) sur ladite première portion ou fixation de ladite seconde portion sur ladite première portion.Method of producing a blade according to one of the preceding claims, in which it comprises the step of:
a) manufacture of said first portion (P1), then
b) manufacture in situ of said second portion (P2) on said first portion or fixing of said second portion on said first portion.
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