FR3105293A1 - Aube de rotor pour une turbomachine d’aeronef - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne une aube (6) de rotor pour une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant une pale aérodynamique (60) présentant un intrados (6a) et un extrados (6b) et dont une extrémité est reliée à une plateforme (61), cette plateforme (61) étant reliée à un pied (62) par une échasse (63) comportant une première surface latérale (63a) disposée du côté de l’intrados (6a) et une seconde surface latérale (63b) disposée du côté de l’extrados (6b), et ladite échasse (63) comporte au moins un bossage d’usure (65a, 65b) sur chacune des première (63a) et seconde (63b) surfaces latérales. La figure de l’abrégé : figure 3

Description

AUBE DE ROTOR POUR UNE TURBOMACHINE D’AERONEF
Domaine technique de l’invention
La présente demande concerne le domaine des aubes de rotor d’une turbomachine pour aéronef, et plus particulièrement celui des aubes dont les vibrations sont amorties en fonctionnement.
Arrière-plan technique
En référence à la figure 1, un rotor 2 d’une turbomachine d’aéronef 1 comprend classiquement un disque ou moyeu 3 ayant un axe de rotation (qui n’est pas visible sur les figures). Le disque 3 comprend une pluralité d’aubes 4 sur sa périphérie externe. Chaque aube 4 comprend une pale 40 ayant un profil aérodynamique. La pale 40 comprend un bord d’attaque, un bord de fuite, un intrados 4a et un extrados 4b. Chaque aube 4 s’étend suivant un axe A d’allongement et une extrémité axiale de la pale 40 est reliée par une plateforme 41 à un pied 42.
Chaque pied 42 est lui-même relié par une échasse 43 à la plateforme 41. Le pied 42 a une forme générale en queue d’aronde 44 dans l’exemple représenté. Cette forme est complémentaire de celle d’une alvéole 30 prévue à la périphérie externe du disque 3. Le disque 3 comprend à sa périphérie une série d’alvéoles 30 de réception des pieds 42 des aubes. Les pieds 42 sont emmanchés dans les alvéoles 30, de façon à ce que les plateformes 41 soient disposées circonférentiellement (par rapport à l’axe du disque 3) les unes à côté des autres et autour du disque 3, et définissent par leurs surfaces supérieures (ou radialement externes par rapport à l’axe du disque 3) la périphérie interne d’une veine annulaire d’écoulement d’un flux d’air dans la turbomachine 1.
Le rotor 2 peut être un rotor d’un compresseur de turbomachine 1. Le compresseur comprend généralement une pluralité d’étages successifs alignés sur l’axe longitudinal du moteur. Plus particulièrement, le compresseur comprend une alternance d’étages mobiles, formant le disque 3 du compresseur et dont les aubes 4 accélèrent le flux gazeux en le déviant par rapport à l’axe, et d’étages fixes, formant un stator et dont les aubes transforment partiellement la vitesse du flux en pression et redressent celui-ci en direction de l’étage mobile suivant.
Lors de la rotation des aubes 4 dans le rotor 2, les aubes 4 ont tendance à vibrer, ce qui accélère leur usure et diminue leur durée de vie. Afin de limiter cette usure d’aubes, il est connu de disposer des amortisseurs 5 sous les plateformes 41 des aubes 4 pour absorber ces vibrations.
Un amortisseur 5 est généralement une pièce rigide qui est rapportée sous les plateformes 41, à cheval entre deux aubes 4 adjacentes, de manière à ce que, pendant la rotation du moteur de la turbomachine 1, l’amortisseur 5 soit en appui contre des parois latérales en regard des échasses 43 des aubes.
Sur la figure 2, l’amortisseur 5 est formé d’une tôle métallique 51 qui a une forme générale allongée et s’étend suivant un axe B qui peut être incliné par rapport à l’axe A. La tôle 51 a ici une forme en U inversée et comprend deux portions latérales 52, 54 opposées reliées entre elles par une portion centrale 53. Sur la figure 1, l’amortisseur 5 comprend des bords longitudinaux 56, 58, respectivement, des première et seconde portions latérales 52, 52. La portion centrale 53 est en appui contre des surfaces inférieures (ou radialement internes par rapport à l’axe du disque 3) des plateformes 41 (figures 1 et 2). Les portions latérales 52, 54 sont en appui contre les parois latérales en regard des échasses 43 (figure 2) ou les bords longitudinaux 56, 58 sont en appui contre les parois latérales en regard des échasses 43 (figure 1). Des zones 50 d’appui ou de contact entre l’amortisseur 5 et les échasses 43, sont illustrées en pointillées sur les figures 1 et 2.
En fonctionnement, les aubes 4 sont sollicitées radialement vers l’extérieur du fait des forces centrifuges. Les amortisseurs 5 sont également sollicités en direction circonférentielle contre les échasses 43. Les amortisseurs 5 coopèrent donc par frottement avec les plateformes 41 et les échasses 43 pour amortir les vibrations auxquelles les aubes 4 sont soumises en fonctionnement.
Même si les amortisseurs 5 permettent de limiter les vibrations des aubes 4 et de réaliser une fonction d’étanchéité entre ces aubes 4, il pose toutefois quelques problèmes. Leur contact et frottement sur les échasses 43 peuvent provoquer des usures des échasses 43 d’aubes. En effet, en fonctionnement, les contacts entre les portions d’extrémités 52, 54 et les échasses 43 au niveau des zones 50, peuvent provoquer des usures par frottement des échasses 43. Ceci peut fragiliser les échasses 43 d’aubes et réduire la durée de vie de ces aubes 4.
Dans ce contexte, il est intéressant de pallier les inconvénients précités, en proposant une aube optimisée apte à coopérer avec des amortisseurs de vibrations en limitant l’impact de cette coopération sur sa durée de vie.
La présente invention a pour but de pallier un ou plusieurs inconvénients précités en proposant une solution qui est simple, efficace et économique.
L’invention propose ainsi une aube de rotor pour une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant une pale aérodynamique présentant un intrados et un extrados et dont une extrémité est reliée à une plateforme, cette plateforme étant reliée à un pied par une échasse comportant une première surface latérale disposée du côté de l’intrados et une seconde surface latérale disposée du côté de l’extrados.
Selon l’invention, ladite échasse comporte au moins un bossage d’usure sur chacune des première et seconde surfaces latérales.
Une telle configuration d’aube permet de limiter les impacts d’un amortisseur sur le pied d’aube, tout en conservant et en renforçant la coopération entre l’aube et les amortisseurs de vibrations. Pour cela, un bossage d’usure est ajouté au niveau des zones de contact entre l’échasse du pied d’aube et l’amortisseur.
On entend par «bossage d’usure», une portion saillante du pied d’aube. Ce bossage a pour fonction d’usure par frottement avec l’amortisseur. Le bossage est ainsi configuré pour s’user préférentiellement pour ne pas impacter l’échasse et donc altérer l’aube.
L’invention présente par conséquent l’avantage de proposer une conception simple, offrant une très grande fiabilité, et peu pénalisante en termes de coûts et d’encombrement de l’aube dans le rotor de turbomachine.
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:
- ledit bossage est venue de matière avec l’aube,
- ledit bossage est réalisé par dépôt de matière sur l’échasse,
- ledit bossage a une forme allongée et s’étend sensiblement parallèlement à la plateforme,
- ledit bossage s’étend sur au moins 80% d’une longueur de la plateforme,
- ledit bossage a une largeur comprise entre 0,20 et 2 mm, de préférence de l’ordre de 1,6 mm,
- ledit bossage a une épaisseur comprise entre 0,05 et 0,40 mm, de préférence de l’ordre de 0,35 mm,
- ledit bossage est réalisé dans le même matériau que le reste de l’aube.
La présente invention concerne également un rotor de turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant un disque comprenant à sa périphérie externe des alvéoles qui sont chacune configurées pour recevoir le pied d’une aube de rotor selon l’une des particularités de l’invention, des amortisseurs de vibrations étant intercalés entre les plateformes des aubes et la périphérie externe du disque et comportant des bords longitudinaux aptes à venir en appui et frotter sur les bossages des échasses des aubes.
Le rotor peut être de manière non-limitative un compresseur basse pression. L’aube selon l’invention peut également être assemblée sur un disque d’un autre rotor de turbomachine, tel qu’une soufflante ou une turbine.
La présente invention concerne en outre une turbomachine d’aéronef comportant au moins une aube de rotor selon l’une des particularités de l’invention, ou un rotor de l’invention. La turbomachine peut être un turboréacteur ou un turbopropulseur.
Brève description des figures
D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels:
la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe d’un rotor de turbomachine comportant un amortisseur intercalé entre deux aubes adjacentes selon l’art antérieur,
la figure 2 est une vue schématique en perspective d’un amortisseur en appui contre une échasse d’une aube de turbomachine,
la figure 3 est une vue schématique partielle en coupe d’une aube de turbomachine selon l’invention,
la figure 4 est une schématique partielle en perspective de l’aube de la figure 3, et
la figure 5 est une vue schématique partielle en coupe d’un rotor de turbomachine comportant un amortisseur intercalé entre deux aubes adjacentes selon l’invention.
Description détaillée de l’invention
Une turbomachine d’aéronef comprend généralement, d’amont en aval, une soufflante, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression.
Par convention, dans la présente demande, les termes «amont» et «aval» sont définis par rapport au sens de circulation d’un flux de gaz, en particulier dans la turbomachine. De même, par convention dans la présente demande, les termes «interne» et «externe» sont définis radialement par rapport à un axe longitudinal, en particulier de la turbomachine, qui est en général un axe de rotation de ces rotors.
Les figures 1 et 2 ont été décrites dans ce qui précède.
Un mode de réalisation d’une aube 6 d’un rotor 2 pour une turbomachine 1 selon l’invention est représenté schématiquement sur les figures 3 à 5.
En référence aux figures 3 et 4, l’aube 6 s’étend suivant un axe A d’allongement. L’aube 6 comprend une pale aérodynamique 60 dont une extrémité est reliée à une plateforme 61. L’aube 6 comprend en outre un pied 62 relié par une échasse 63 à la plateforme 61. L’aube 6 est formée d’une seule pièce.
La pale 60 comprend un intrados 6a, un extrados 6b, ainsi qu’un bord d’attaque et un bord de fuite. Dans l’exemple représenté, le pied 62 a une forme en queue d’aronde 64, et comprend une première surface latérale 63a disposée du côté intrados 6a et une seconde surface latérale 63b opposée, disposée du côté extrados 6b.
L’une des particularités de l’invention est que l’échasse 63 comprend au moins un bossage d’usure 65a, 65b sur chacune des première et seconde surfaces latérales 63a, 63b. De préférence, ces surfaces latérales 63a, 63b, sont des surfaces dites non-fonctionnelles de l’échasse 63. Ce sont généralement des surfaces sujettes à des frottements et qui n’entravent pas la ou les fonctions principales de l’aube (par exemple, l’écoulement du flux d’air secondaire dans une turbomachine).
Sur la figure 3, deux bossages 65a, 65b font saillie par rapport aux, respectivement, première et seconde surfaces latérales 63a, 63b de l’échasse. Chaque bossage 65a, 65b peut s’étendre longitudinalement suivant un plan P. Ce plan P est incliné par rapport à l’axe A et également sensiblement parallèle à la plateforme 61 de l’aube. Ainsi, le bossage 65a, 65b a une forme générale allongée. Comme cela est visible à la figure 4, le bossage 65b peut s’étendre sur au moins 80% d’une longueur totale L61de la plateforme 61, mesurée suivant un axe C incliné par rapport à l’axe A de l’aube. Cet axe C est sensiblement parallèle au plan P.
Le bossage 65a, 65b peut présenter un profil aérodynamique avec des sections axiale et transversale de formes convexes. Le bossage 65a, 65b peut présenter, au niveau de sa section axiale, une longueur axiale L65et, au niveau de sa section transversale une largeur transversale l65. La longueur L65est mesurée suivant l’axe C et la largeur l65est mesurée par rapport à un axe sensiblement perpendiculaire à l’axe C. Plus particulièrement, la largeur l65du bossage 65a, 65b peut être comprise entre 0,20 et 2 mm, de préférence de l’ordre de 1,6 mm. La longueur L65du bossage 65a, 65b peut être variable selon le besoin et l’utilisation souhaités. Le bossage 65a, 65b peut avoir une épaisseur E65comprise entre 0,05 et 0,40 mm, de préférence de l’ordre de 0,35 mm. L’épaisseur E65est mesurée depuis l’une des surfaces 63a, 63b du pied d’aube.
Le bossage 65a, 65b peut être réalisé en une seule pièce (ou venue de matière) avec l’échasse 63 et par conséquent l’aube 6.
En variante, le bossage 65a, 65b peut être rendu solidaire de l’échasse 63 par dépôt de matière. Ce dépôt de matière peut être réalisé par un laser, par exemple en faisant fondre un fil de matériau compatible avec le matériau de l’aube et en déposant ce fil fondu sur les surfaces 63a, 63b du pied d’aube 6.
Le bossage 65a, 65b peut être réalisé lors de la fabrication de l’aube 6 en introduisant une étape d’ajout de matière. Dans cette première configuration, l’aube est réalisée préalablement pour former la pale 60, la plateforme 61 et le pied 62 en une seule pièce. Puis, un dépôt de matière est réalisé directement sur les surfaces latérales 63a, 63b de l’aube pour ainsi former un bossage 65a, 65b sur chacune de ces surfaces 63a, 63b.
Le bossage 65a, 65b peut aussi être réalisé ou restauré lors d’une réparation de l’aube 6 qui a été impactée par des frottements en fonctionnement. Dans cette seconde configuration, au moins un des bossages 65a, 65b présente un déficit de matière ou le bossage 65a, 65b est inexistant. Ainsi, le bossage a perdu sa capacité d’être usée préférentiellement avant l’échasse de l’aube. Afin de restaurer le ou les bossages 65a, 65b, une étape de dépôt de matière est réalisée directement sur les surfaces latérales 63a, 63b de l’aube.
Dans ces deux configurations, le dépôt de matière pour réaliser ou restaurer le bossage 65a, 65b correspond sensiblement à la longueur L65, la largeur l65et l’épaisseur E65nécessaires pour ne pas impacter l’échasse 63 de l’aube.
Le bossage 65 peut être réalisé dans le même matériau que l’aube 6. Le bossage 65 est par exemple en métal, en alliage ou en matériau composite.
En référence à la figure 5, nous allons maintenant décrire un rotor 2 de turbomachine 1 comportant l’aube 6 de l’invention. Le rotor 2 comprend un disque 3 ayant un axe de rotation qui n’est pas visible sur la figure. Le disque 3 comprend sur sa périphérie externe une pluralité d’alvéoles 30 de montage de pieds 62 d’aubes 6. Le rotor 2 comprend en outre des amortisseurs de vibrations 5 intercalés entre deux aubes 6 adjacentes de l’invention. Sur l’exemple, un amortisseur 5 est disposé entre les plateformes 61 d’aubes adjacentes et la périphérie externe du disque 3.
Les amortisseurs 5 ont été décrits ci-dessus en référence à la figure 2 et peuvent être utilisés également dans le rotor 2 de l’invention. Ainsi, des bords longitudinaux 56, 58 respectivement, des première et seconde portions latérales 52, 54 de l’amortisseur 5 sont aptes à être en appui et à se frotter sur les bossages 65a, 65b du pied d’aube en fonctionnement. Une portion centrale 53 de l’amortisseur 5 est apte à être en appui contre des surfaces inférieures des plateformes 61.
Sur la figure 5, le bord 56 est monté en appui sur le bossage 65a de la première surface latérale 63a (côté intrados 6a) du pied d’aube, le bord 58 est monté en appui sur le bossage 65b de la seconde surface latérale 63b (côté extrados 6b). L’amortisseur 5 et les bossages 65a, 65b des pieds d’aubes adjacents sont alignés sensiblement sur le même plan P. Dans cette nouvelle configuration de l’invention, ce sont les bossages 65a, 65b qui coopèrent par frottement avec l’amortisseur 5 pour amortir les vibrations auxquelles les pieds d’aubes 6 sont soumis en fonctionnement.
De manière avantageuse, les dimensions du bossage 65 et sa position sur l’échasse 63 de l’aube sont variables par rapport aux dimensions de l’amortisseur 5.
L’invention concerne en outre une turbomachine 1, en particulier d’aéronef, comportant au moins une aube 6 de l’invention.
L’aube de l’invention apporte plusieurs avantages:
- supprimer les contacts et/ou frottements directs entre l’échasse d’un pied d’aube et un amortisseur de vibrations,
- ajout de bossage apte à s’user et être frotté préférentiellement pour ne pas impacter les échasses d’aubes,
- éviter la dégradation des pieds d’aubes par les amortisseurs,
- réduire le taux de rebut des pieds d’aubes impactés en fonctionnement dans une turbomachine,
- réparer ou restaurer de façon simple et rapide les pieds d’aubes impactés.
De manière générale, l’aube de l’invention permet d’améliorer les performances du moteur d’une turbomachine. La solution proposée est simple, efficace et économique à réaliser et à assembler sur une turbomachine, tout en assurant un amortissement fiable des vibrations d’une aube de turbomachine et en optimisant sa durée de vie.

Claims (10)

  1. Aube (6) de rotor pour une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant une pale aérodynamique (60) présentant un intrados (6a) et un extrados (6b) et dont une extrémité est reliée à une plateforme (61), cette plateforme (61) étant reliée à un pied (62) par une échasse (63) comportant une première surface latérale (63a) disposée du côté de l’intrados (6a) et une seconde surface latérale (63b) disposée du côté de l’extrados (6b), caractérisée en ce que ladite échasse (63) comporte au moins un bossage d’usure (65a, 65b) sur chacune des première (63a) et seconde (63b) surfaces latérales.
  2. Aube selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit bossage (65a, 65b) est venue de matière avec l’aube (6).
  3. Aube selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit bossage (65a, 65b) est réalisé par dépôt de matière sur l’échasse (63).
  4. Aube selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit bossage (65a, 65b) a une forme allongée et s’étend sensiblement parallèlement à la plateforme (61).
  5. Aube selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ledit bossage (65a, 65b) s’étend sur au moins 80% d’une longueur de la plateforme (61).
  6. Aube selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit bossage (65a, 65b) a une largeur comprise entre 0,20 et 2 mm, de préférence de l’ordre de 1,6 mm.
  7. Aube selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit bossage (65a, 65b) a une épaisseur comprise entre 0,05 et 0,40 mm, de préférence de l’ordre de 0,35 mm.
  8. Aube selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit bossage (65a, 65b) est réalisé dans le même matériau que le reste de l’aube (6).
  9. Rotor (2) de turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant un disque (3) comprenant à sa périphérie externe des alvéoles (30) qui sont chacune configurées pour recevoir le pied (62) d’une aube (6) selon l’une des revendications précédentes, des amortisseurs de vibrations (5) étant intercalés entre les plateformes (61) des aubes (6) et la périphérie externe du disque (3) et comportant des bords longitudinaux (56, 58) aptes à venir en appui et frotter sur les bossages (65a, 65b) des échasses (63) des aubes.
  10. Turbomachine (1), en particulier d’aéronef, comportant au moins une aube (6) selon l’une des revendications 1 à 8 ou un rotor (2) selon la revendication précédente.
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