FR3115071A1

FR3115071A1 - Aube composite et attache de pied d’aube anti-rotation

Info

Publication number: FR3115071A1
Application number: FR2010299A
Authority: FR
Inventors: Anthony BINDER; Vivien Mickaël COURTIER; Guillaume Pascal Jean-Charles GONDRE; Roger MAHIAS Stéphane
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2020-10-08
Filing date: 2020-10-08
Publication date: 2022-04-15
Anticipated expiration: 2040-10-08
Also published as: FR3115071B1

Abstract

L’invention décrit un ensemble pour un rotor d’un moteur, comprenant : - une aube (10) comprenant une structure en matériau composite comprenant une pale (20) à profil aérodynamique et un pied (30), et - une attache (40) de pied d’aube (30) comprenant une alvéole (50) configurée pour recevoir le pied d’aube (30),le pied d’aube (30) présentant un plan de symétrie et comprenant : - un fond (31) configuré pour s’étendre en regard d’un fond (51) de l’alvéole (50), et - deux flancs (32) s’étendant de part et d’autre du fond (31) et formant un angle d’inclinaison (α) par rapport au plan de symétrie,l’ensemble étant caractérisé en ce que l’angle d’inclinaison (α) de chaque flanc (32) du pied d’aube (30) par rapport au plan de symétrie est supérieur ou égal à 45°. Figure pour l’abrégé : Fig. 2

Description

Aube composite et attache de pied d’aube anti-rotation

DOMAINE DE L'INVENTION

La présente invention concerne une aube comprenant une structure en matériau composite, et une attache de pied d’une telle aube composite.

L’invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, une aube destinée à être utilisée dans un rotor de soufflante non-carénée de moteur d’aéronef (tels qu’un moteur de type « Open Rotor » présentant deux hélices tournantes ou un moteur de type USF pour « Unducted Single Fan » présentant un aubage mobile et un aubage fixe ou un turbopropulseur présentant une architecture avec une seule hélice), ou dans un rotor d’éolienne.

ETAT DE LA TECHNIQUE

L’intérêt des moteurs à soufflante non-carénée est que le diamètre de la soufflante n’est pas limité par la présence d’un carénage, de sorte qu’il est possible de concevoir un moteur présentant un fort taux de dilution, et par conséquent une consommation réduite de carburant.

Ainsi, dans ce type de moteur, les aubes de la soufflante peuvent présenter une grande envergure.

De plus, ces moteurs comprennent généralement un mécanisme permettant de modifier l’angle de calage des aubes afin d’adapter la poussée générée par la soufflante en fonction des différentes phases de vol.

Cependant, la conception de telles aubes nécessite de prendre en compte des contraintes antagonistes.

D’un côté, le dimensionnement de ces aubes doit permettre des performances aérodynamiques optimales, en maximisant le rendement et en fournissant la poussée tout en minimisant les pertes. L’amélioration des performances aérodynamiques de la soufflante tend vers une augmentation du taux de dilution (BPR, acronyme anglais de bypass ratio), ce qui se traduit par une augmentation du diamètre externe et donc de l’envergure de ces aubes.

D’un autre côté, il est également nécessaire de garantir une résistance aux contraintes mécaniques pouvant s’exercer sur ces aubes et de minimiser leur masse, c’est-à-dire d’assurer une bonne tenue mécanique de ces aubes, tout en limitant leur signature acoustique.

Par ailleurs, sur les architectures à soufflante non-carénée, le démarrage du moteur est généralement effectué avec un calage très ouvert. En effet, un tel calage très ouvert permet de consommer la puissance par le couple, ce qui assure la sécurité machine en garantissant des régimes soufflante faibles.

Plus précisément, la puissance est globalement proportionnelle au produit du régime et du couple, le couple étant croissant avec l’incidence lorsque l’incidence est positive. L’effort aérodynamique résultant sur un profil d’aube peut se décomposer en une composante de portance et une composante de trainée. Dans le cas du démarrage en drapeau à l’arrêt, l’écoulement relatif aux aubes est quasiment dans le plan des hélices. Les aubes sont décrochées et la trainée, alignée avec la direction relative d’écoulement, est très importante. Ainsi, avec la prise d’incidence des profils, l’effort se déplace vers le plan hélice. Pour un calage très ouvert, l’effort résultant est majoritairement dans le plan hélice, la poussée générée par l’hélice est faible voire inversée, le couple est maximal et le régime est minimal.

Or, avec un calage très ouvert, les aubes subissent un écoulement aérodynamique turbulent, complètement décollé, qui génère une excitation vibratoire large bande de par les petits vortex de la zone décollée. Cette excitation est également intense sur certaines fréquences particulières dues à de grosses recirculations de Karman qui font osciller l’effort aérodynamique de façon importante. En particulier sur des aubes à large corde et de grande envergure, l’effort de flexion est intense, bien que le régime moteur ne soit pas maximal.

En fonctionnement normal, durant les phases au sol et en vol, le calage est modifié et l’angle de calage est plus fermé. L’écoulement aérodynamique est donc parfaitement sain, c’est-à-dire recollé au profil aérodynamique. Les sollicitations large bande disparaissent, le régime de rotation étant plus élevé, et l’effort de flexion est maitrisé.

Actuellement, ces aubes sont généralement réalisées en matériau métallique. Si les aubes en matériau métallique ont une bonne résistance mécanique, elles présentent toutefois l’inconvénient d’avoir une masse relativement importante.

Afin de réduire cette masse, il est souhaitable de pouvoir fabriquer ces aubes en matériau composite. Toutefois, les efforts aérodynamiques intenses auxquels ces aubes seraient soumises risqueraient d’endommager l’aube et/ou le moyeu dans la zone d’interface entre les aubes et le moyeu du rotor de la soufflante. Ce problème se pose plus particulièrement lorsque les aubes sont reliées au moyeu par le biais d’attaches brochées, par exemple par des attaches brochées raccourcies.

Le document FR 3 085 415 décrit par exemple des aubes comprenant une structure en matériau composite adaptées pour être insérées dans des attaches correspondantes, de sorte à être reliées au moyeu.

L’aube comprend une pale et un pied. L’attache comprend une alvéole adaptée pour recevoir le pied d’aube, et une portée qui correspond à une partie radialement externe de l’attache. L’aube est reliée au moyeu par le biais du pied d’aube, qui est inséré dans l’alvéole de l’attache.

L’effort aérodynamique intense lors du fonctionnement en calage très ouvert est susceptible de provoquer des mouvements de solide rigide du pied d’aube dans son alvéole d’attache, tel que des mouvements de rotation du pied d’aube. Des zones de contact non prévues risquent alors d’apparaître, en particulier au niveau de la sortie de l’alvéole, c’est-à-dire des portées de l’attache. Cela génère un endommagement de l’aube au niveau de ces zones de contact avec l’attache, tel que de l’endommagement par fretting.

Les problématiques exposées ci-avant peuvent être similaires dans le cas de moteurs à soufflante carénée à calage variable. Les aubes de soufflante carénée à calage variable pour des moteurs à double flux peuvent en effet pour certaines conceptions de moteurs comprendre des ressemblances significatives avec des aubes de moteurs d’aéronef à soufflante non carénée, tels que les moteurs de type « Open rotor » ou USF précédemment cités.

Un objectif de l’invention est de proposer un ensemble comprenant une aube en matériau composite et une attache, permettant de diminuer la rotation du pied d’aube dans l’alvéole de l’attache.

Un autre objectif de l’invention est de proposer un ensemble comprenant une aube et une attache, permettant de diminuer un endommagement de l’aube au niveau des zones de contact entre le pied de l’aube et l’attache.

Pour cela, l’invention propose un ensemble pour un rotor d’un moteur, comprenant :
- une aube comprenant une structure en matériau composite comprenant une pale à profil aérodynamique et un pied, et
- une attache de pied d’aube comprenant une alvéole configurée pour recevoir le pied d’aube,
le pied d’aube présentant un plan de symétrie et comprenant :
- un fond configuré pour s’étendre en regard d’un fond de l’alvéole, et
- deux flancs s’étendant de part et d’autre du fond et formant un angle d’inclinaison par rapport au plan de symétrie,
l’ensemble étant caractérisé en ce que l’angle d’inclinaison de chaque flanc par rapport au plan de symétrie est supérieur ou égal à 45°.

Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives de l’ensemble pour un rotor d’un moteur décrit ci-dessus sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison :

l’angle d’inclinaison de chaque flanc du pied d’aube par rapport au plan de symétrie est compris entre 45° et 65°, par exemple entre 55° et 65° ;
le pied d’aube présente une forme sensiblement trapézoïdale ;
chaque flanc du pied d’aube comprend deux portions de flanc, une première portion présentant l’angle d’inclinaison par rapport au plan de symétrie, et une deuxième portion présentant un angle de transition par rapport au plan de symétrie, l’angle de transition étant inférieur à l’angle d’inclinaison ;
la deuxième portion de flanc s’étend entre la première portion de flanc et la pale ;
l’ensemble comprend en outre au moins deux couches d’usures de flanc, chaque couche d’usure de flanc étant placée entre un flanc du pied d’aube et l’alvéole ;
l’alvéole de l’attache de pied d’aube comprend en outre deux portées disposée en sortie de l’alvéole, et dans lequel l’ensemble comprend en outre deux couches d’usure de portée, chaque couche d’usure de portée étant placée entre le pied d’aube et une portée de l’alvéole.

Selon un deuxième aspect, l’invention propose également un rotor d’une soufflante d’un moteur, comprenant au moins un ensemble conforme au premier aspect.

Selon un troisième aspect, l’invention concerne une soufflante d’un moteur comprenant un rotor selon le deuxième aspect.

Selon un quatrième aspect, l’invention concerne une turbomachine comprenant une soufflante selon le troisième aspect.

Selon un cinquième aspect, l’invention concerne un aéronef comprenant une turbomachine selon le quatrième aspect.

DESCRIPTION DES FIGURES

D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, donnée à titre d’exemple non limitatif, qui sera illustrée par les figures suivantes :

La figure 1 représente de manière schématique un exemple de moteur incluant une soufflante non-carénée.

Les figures 2, 3, 4 et 5 représentent des vues schématiques en coupe transversale d’ensembles pour un rotor d’un moteur comprenant une aube et une attache selon plusieurs modes de réalisation de l’invention.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

La figure 1 illustre un exemple d’un moteur de type « Open rotor » s’étendant selon un axe longitudinal X, en configuration couramment qualifiée de « pusher ». La soufflante est donc placée à l’arrière du générateur de puissance avec une entrée d’air située sur le côté, à droite sur la figure 1.

Le moteur comprend une soufflante non carénée comprenant deux rotors de soufflante contrarotatifs. Autrement dit, lorsque le moteur est en fonctionnement, les deux rotors de soufflante sont entrainés en rotation autour d’un même axe de rotation longitudinal, en des sens opposés. Chaque rotor de soufflante comprend une pluralité d’aubes 10 fixées à un moyeu 1 radialement interne au niveau d’attaches 40 respectives. Les aubes 10 s’étendent sensiblement radialement par rapport à l’axe de rotation longitudinal du moyeu 1.

Dans la présente demande, l'amont et l'aval sont définis par rapport au sens d'écoulement normal du gaz dans le rotor et à travers la turbomachine. Un axe de rotation du rotor du moteur, en particulier un axe de rotation de la soufflante de la turbomachine, est appelé axe longitudinal X.

Un axe radial R est un axe perpendiculaire à l’axe longitudinal X et passant par lui. Une dimension selon l’axe radial R est appelée hauteur. Par ailleurs, une direction circonférentielle correspond à une direction perpendiculaire à l'axe longitudinal X et ne passant pas par lui. Une dimension selon la direction circonférentielle est appelée largeur.

Les termes interne et externe, respectivement, sont définis en référence à une direction radiale de sorte que la partie ou la face interne d'un élément est plus proche de l'axe longitudinal X que la partie ou la face externe du même élément.

Un ensemble pour un rotor d’un moteur est illustré à titre d’exemple non limitatif en figures 2 à 5. L’ensemble pour un rotor d’un moteur comprend :
- une aube 10 comprenant une structure en matériau composite comprenant un renfort fibreux obtenu par tissage tridimensionnel et une matrice dans laquelle est noyé le renfort fibreux, la structure en matériau composite comprenant une pale 20 à profil aérodynamique et un pied 30, et
- une attache 40 de pied d’aube 30 comprenant une alvéole 50 configurée pour recevoir le pied d’aube 30.
Le pied d’aube 30 présente un plan de symétrie et comprend :
- un fond 31 configuré pour s’étendre en regard d’un fond 51 de l’alvéole 50, et
- deux flancs 32 s’étendant de part et d’autre du fond 31 et formant un angle d’inclinaison α par rapport au plan de symétrie.
L’ensemble est caractérisé en ce que l’angle d’inclinaison α de chaque flanc 32 du pied d’aube 30 par rapport au plan de symétrie est supérieur ou égal à 45°.

Un tel angle d’inclinaison α, en conservant une hauteur d’alvéole 50 sensiblement similaire, permet d’élargir le pied d’aube 30 par rapport aux pieds 30 d’aube 10 connus. En particulier, l’angle d’inclinaison α étant supérieur à 45°, la pente de chaque flanc 32 du pied d’aube 30 est telle que le pied d’aube 30 est plus large circonférentiellement que haut radialement. En d’autres termes, une largeur du pied d’aube 30 est supérieure à une hauteur du pied d’aube 30.

L’ensemble décrit permet ainsi de modifier le contact entre le pied d’aube 30 et l’attache 40, en particulier au niveau des portées 53 de l’attache 40, c’est-à-dire d’une partie externe de l’alvéole 50. Ainsi, les points d’appui entre l’aube 10 et l’attache 40 sont éloignés par rapport à un axe d’inertie de l’aube, qui est compris sensiblement dans le plan de symétrie du pied d’aube 30, c’est-à-dire à mi-distance entre les portées 53 de l’alvéole 50. Eloigner ces points d’appuis entre l’aube 10 et l’attache 40 permet d’augmenter le bras de levier et l’effort d’inertie de l’aube 10. L’aube 10 génère ainsi un moment plus important, qui peut contrer le moment aérodynamique. La rotation du pied d’aube 30 dans l’alvéole 50, en particulier la rotation du pied d’aube 30 autour d’un axe passant entre les portées 53, est ainsi diminuée.

Par ailleurs, l’encombrement axial du pied 30 est réduit et les efforts sont répartis différemment, ce qui est bénéfique notamment dans le cas d’un moteur à double flux à soufflante à calage variable.

Le renfort fibreux de la structure en matériau composite de l’aube 10 peut être formé à partir d’une préforme fibreuse en une seule pièce obtenue par tissage tridimensionnel ou multicouche avec épaisseur évolutive. Il peut notamment comprendre des fibres en carbone, en verre, aramide et/ou céramique. La matrice quant à elle est typiquement une matrice polymère, par exemple époxyde, bismaléimide ou polyimide. L’aube 10 est alors formée par moulage au moyen d’un procédé d’injection sous vide de résine du type RTM (pour « Resin Transfer Moulding), ou encore VARRTM (pour Vacuum Resin Transfer Molding).

La pale 20 de l’aube 10 présente un bord d’attaque qui correspond à la partie antérieure du profil aérodynamique qui fait face au flux d'air et qui divise l'écoulement d'air en un écoulement intrados et en un écoulement extrados, et un bord de fuite qui correspond à la partie postérieure du profil aérodynamique. La pale 20 à profil aérodynamique est propre à être placée dans un flux d’air, lorsque le moteur est en fonctionnement, afin de générer une portance.

Les deux flancs 32 du pied d’aube 30 peuvent s’étendre en regard l’un de l’autre, le fond 31 du pied d’aube 30 étant disposé entre les deux flancs 32. L’un des deux flancs 32 du pied d’aube 30 peut correspondre à un flanc intrados du pied 30, le flanc intrados 32 étant situé dans le prolongement de l’intrados de la pale 20. L’autre des deux flancs 32 du pied d’aube 30 correspond à un flanc extrados du pied 30, le flanc extrados 32 étant situé dans le prolongement de l’extrados de la pale 20.

Le plan de symétrie du pied d’aube 30 peut s’étendre sensiblement suivant un axe longitudinal de l’aube, qui peut correspondre sensiblement à l’axe longitudinal X, et un axe radial R lorsque les aubes 10 sont mises en place dans le moteur. Le pied de l’aube 30 présente une largeur de pied 30 correspondant à une dimension du pied 30 suivant une direction orthogonale au plan de symétrie de pied 30, qui peut correspondre sensiblement à la direction circonférentielle, et une hauteur de pied 30 correspondant à une dimension du pied 30 suivant l’axe radial R. La hauteur de pied 30 et/ou la largeur de pied 30 peuvent varier en fonction d’une position sur le pied 30, le pied 30 présentant une hauteur et/ou une largeur variable.

Chaque flanc 32 du pied d’aube 30 peut être une paroi inclinée sensiblement plane. Le pied d’aube 30 étant sensiblement symétrique par rapport au plan de symétrie, l’angle d’inclinaison α des deux flancs 32 par rapport au plan de symétrie est sensiblement identique.

Le pied d’aube 30 peut présenter une forme sensiblement trapézoïdale. En d’autres termes, un contour du pied 30 dans un plan sensiblement transversal par rapport à l’aube 10, qui peut correspondre sensiblement à un plan normal à l’axe longitudinal X, peut présenter sensiblement une forme de trapèze.

Ainsi, le pied d’aube 30 n’est pas cylindrique mais trapézoïdal. Un pied d’aube 30 trapézoïdal permet de diminuer le débattement à pivotement en cas de choc de type ingestion d’oiseau, et d’améliorer la compacité radiale du pied 30.

En particulier, les parois constituant le pied d’aube 30 peuvent être des parois sensiblement planes, raccordées les unes aux autres et inclinées les unes par rapport aux autres.

Le fond 31 du pied d’aube 30 peut comporter une paroi centrale 311 et deux parois périphériques 312.

Les parois périphériques 312 du fond 31 du pied d’aube 30 peuvent être des parois sensiblement planes et inclinées à la fois par rapport à la paroi centrale 311 du fond 31 du pied 30 et par rapport aux flancs 32 du pied 30. Les parois périphériques 312 peuvent être disposées de part et d’autre de la paroi centrale 311.

La paroi centrale 311 du fond 31 du pied 30 peut s’étendre sensiblement orthogonalement au plan de symétrie du pied de l’aube 30, qui peut correspondre sensiblement à un plan défini par la direction longitudinale et la direction circonférentielle.

Les flancs du pied 30 sont raccordés aux parois périphériques 312 du fond 31 du pied 30, directement ou par le biais des deux parois de raccord 34 du pied d’aube 30. Chaque paroi de raccord 34 peut être une paroi sensiblement plane et s’étendre sensiblement radialement depuis le fond 31 vers le flanc 30 du pied d’aube 30.

Chaque paroi de raccord 34 raccorde un flanc 32 et une paroi de fond 31 du pied 30, les parois de raccord 34 étant disposées de part et d’autre du fond 31 du pied 30. En particulier, les parois de raccord 34 peuvent raccorder les flancs 32 et les parois périphériques 312 du fond 31 du pied d’aube 30. En particulier, une extrémité interne d’un flanc 32 peut être raccordée à une extrémité externe d’une paroi périphérique 312 correspondante.

La paroi centrale 311 peut correspondre sensiblement à une position radiale la plus interne du pied de l’aube 30. Les flancs 32 du pied d’aube 30 peuvent être inclinés l’un vers l’autre, c’est-à-dire vers l’intérieur par rapport au pied d’aube 30. Ainsi, une largeur du pied de l’aube 30 diminue au fur et à mesure que la hauteur le long des flancs 32 augmente. En d’autres termes, une largeur du pied de l’aube 30 au niveau d’une extrémité radialement interne des flancs 32 est supérieure à une largeur du pied de l’aube 30 au niveau d’une extrémité radialement externe des flancs 32.

Les parois périphériques 312 peuvent être inclinées à l’opposée l’une de l’autre, c’est-à-dire vers l’extérieur par rapport au pied d’aube 30. Ainsi, une largeur du pied de l’aube 30 augmente au fur et à mesure que la hauteur le long des parois périphériques 312 augmente. En d’autres termes, une largeur du pied de l’aube 30 au niveau d’une extrémité radialement interne des parois périphériques 312 est inférieure à une largeur du pied de l’aube 30 au niveau d’une extrémité radialement externe des parois périphériques 312.

Une largeur maximale du pied d’aube 30 peut correspondre à une largeur du pied d’aube 30 au niveau d’une extrémité externe des parois périphériques 312 et/ou au niveau d’une extrémité interne des flancs 32. Les inclinaisons de la paroi centrale 311, des parois périphériques 312 et des flancs 32 du pied d’aube 30 les unes par rapport aux autres peuvent être telles qu’au fur et à mesure qu’une hauteur le long du pied d’aube 30 augmente depuis la paroi centrale 311 du fond 31 du pied 30, la largeur du pied 30 augmente du fait de l’inclinaison des parois périphériques 312 par rapport à la paroi centrale 311, puis diminue du fait de l’inclinaison des flancs 32 du pied 30 par rapport à la paroi centrale 311.

L’angle d’inclinaison α de chaque flanc 32 du pied d’aube 30 par rapport au plan de symétrie peut être compris entre 45° et 65°, par exemple entre 55° et 65°, plus particulièrement entre 55° et 60°.

Chaque flanc 32 du pied d’aube 30 peut comprendre deux portions de flanc 321, 322, ainsi qu’illustré à titre d’exemple non limitatif en figure 3. Une première portion de flanc 321 présente l’angle d’inclinaison α par rapport au plan de symétrie, et une deuxième portion de flanc 322 présente un angle de transition β par rapport au plan de symétrie. L’angle de transition β est inférieur à l’angle d’inclinaison α.

Chaque flanc 32 du pied d’aube 30 est ainsi séparé en deux portions de flanc 321, 322 présentant des pentes différentes. Une telle configuration permet de réduire les courbures au niveau de torons de carbone. La transition en largeur du pied 30 en est lissée. En effet, cette transition est plus progressive que lorsque le flanc 32 présente une unique pente, du fait de l’angle de transition β inférieur à l’angle d’inclinaison α. Cette configuration permet donc d’aboutir à un pied d’aube 30 élargi, tout en limitant l’augmentation du diamètre des fils de trame.

La deuxième portion de flanc 322 peut s’étendre entre la première portion de flanc 321 et la pale 20. Plus particulièrement, chaque deuxième portion de flanc 322 peut s’étendre entre la première portion de flanc 321 du flanc 32 correspondant du pied d’aube 30, et une paroi de pale 20 à laquelle le flanc 32 correspondant est raccordé.

Chaque portion 321, 322 de flanc 32 du pied d’aube 30 peut être une paroi sensiblement plane et inclinée par rapport l’autre portion 321, 322 de flanc 32, et par rapport à une paroi de fond 31 du pied 30. La deuxième portion de flanc 322 est inclinée par rapport à la première portion de flanc 321 d’un angle correspondant à une différence entre l’angle d’inclinaison α et l’angle de transition β.

L’angle de transition β de la deuxième portion de flanc 322 par rapport au plan de symétrie du pied d’aube 30 peut être supérieur à 45°. L’angle de transition β peut être compris entre 45° et 65°, préférentiellement entre 55° et 65°. Par exemple, l’angle d’inclinaison α peut être compris entre 55° et 65°, et l’angle de transition β peut être compris entre 45° et 55°.

En variante, l’angle de transition β peut être inférieur à 45°, par exemple être compris entre 15° et 40°, par exemple entre 20° et 35°. Par exemple, l’angle d’inclinaison α peut être compris entre 50° et 60°, et l’angle de transition β peut être compris entre 25° et 35°.

En variante, chaque flanc 32 du pied d’aube 30 peut comprendre une paroi de flanc 32 sensiblement courbe. Un angle d’inclinaison de chaque paroi de flanc 32 par rapport au plan de symétrie du pied d’aube 30 peut varier sensiblement continument le long de la paroi de flanc 32. L’angle d’inclinaison de chaque paroi de flanc 32 du pied d’aube 30 par rapport au plan de symétrie du pied d’aube 30 peut par exemple varier sensiblement continument le long de la paroi de flanc 32 entre un angle d’inclinaison minimal au niveau d’une extrémité radialement externe de la paroi de flanc 32, et un angle d’inclinaison maximal au niveau d’une extrémité radialement interne de la paroi de flanc 32. Par exemple, l’angle d’inclinaison de chaque paroi de flanc 32 du pied d’aube 30 peut varier sensiblement continument entre 45° et 65° le long de la paroi de flanc 32.

Le pied d’aube 30 peut comprendre en outre deux échasses 33. Chaque échasse 33 forme une paroi raccordant un flanc 32 respectif du pied d’aube 30 et la pale 20. Plus particulièrement, chaque échasse 33 peut raccorder une extrémité externe d’un flanc 32 respectif et une extrémité interne d’une paroi de pale 20. Les échasses 33 sont ainsi disposées en sortie de l’alvéole 50 lorsque le pied d’aube 30 est reçu dans l’attache 40, et correspondent à des parties radialement externes du pied d’aube 30. Les échasses 33 constituent une zone de transition entre les flancs 32 du pied d’aube 30 et la pale 20.

En particulier, l’une des deux échasses 33 peut correspondre à une échasse 33 intrados du pied 30, l’échasse 33 intrados étant située dans le prolongement de l’intrados de la pale 20, entre l’intrados de la pale 20 et le flanc 32 intrados du pied 30. L’autre des deux échasses 33 correspond à une échasse 33 extrados du pied 30, l’échasse 33 extrados étant située dans le prolongement de l’extrados de la pale 20, entre l’extrados de la pale 20 et le flanc 32 extrados du pied 30.

Les échasses 33 peuvent être des parois sensiblement planes et radiales du pied d’aube 30. La transition entre la forme droite de l’échasse 33 radiale et la forme du profil aérodynamique de l’aube 10 est alors effectuée au-delà des zones de contacts entre les échasses 33 et l’alvéole 50. Une largeur minimale du pied d’aube 30 peut correspondre à une largeur du pied d’aube 30 au niveau des échasses 33 du pied d’aube 30.

Les échasses 33 radiales augmentent en conséquence la hauteur de l’attache 40 et de l’aube 10. La hauteur de chaque flanc 32 du pied d’aube 30 peut être diminuée en conséquence, de sorte à conserver un même encombrement sous la veine. Ainsi, l’intégration de l’ensemble de l’aube 10 et de l’attache 40 dans le moteur n’est pas modifiée.

En variante, la hauteur de chaque flanc 32 du pied 30 est conservée, la hauteur totale du pied 30 et la largeur totale du pied 30 étant alors augmentées. En particulier, pour les hélices comprenant des aubes 10 à calage variable, l’écart angulaire entre deux aubes 10 est important afin de permettre la rotation de l’aube 10. Il est donc possible d’intégrer une aube 10 et une attache 40 de dimensions importantes sans conséquences négatives.

La deuxième portion de flanc 322 peut s’étendre la première portion de flanc 321 et l’échasse 33 du pied d’aube 30. Plus particulièrement, chaque deuxième portion de flanc 322 peut s’étendre entre la première portion de flanc 321 du flanc correspondant et l’échasse 33 du pied de l’aube 30 à laquelle le flanc correspondant est raccordé.

L’ensemble peut comprendre en outre des plateformes disposées de part et d’autre de l’aube 10 au niveau d’une jonction entre le pied d’aube 30 et la pale 20, en particulier au niveau d’une jonction entre l’échasse 33 du pied d’aube 30 et la pale 20. Les plateformes délimitent une veine d’écoulement aérodynamique. Les échasses 33 correspondent alors à la zone du pied de l’aube 30 qui s’étend entre les flancs 32 du pied 30 et les plateformes. Les échasses 33 s’étendent ainsi au-delà de la sortie des portées 53 de l’attache 40.

L’alvéole 50 de l’attache 40 peut correspondre à une cavité, ou un évidement, formé dans l’attache 40. L’attache 40 peut être réalisée, de manière conventionnelle, en acier ou en titane.

L’alvéole 50 peut présenter des formes correspondant sensiblement aux formes du pied de l’aube 30. En particulier, à chaque paroi 31, 32, 33 de pied d’aube 30 peut correspondre une paroi d’alvéole 50 de dimensions sensiblement identiques, voire légèrement supérieures. Ainsi, chaque paroi 31, 32, 33 du pied d’aube 30 est adaptée pour être disposée en regard d’une paroi 51, 52, 53 correspondante de l’alvéole 50 lorsque le pied d’aube 30 est fixé dans l’attache 40. Le pied d’aube 30 est ainsi retenu dans l’alvéole 50 de l’attache 40, de par la complémentarité de forme entre l’alvéole 50 et le pied d’aube 30. L’attache 40 peut être solidaire du moyeu 1, en particulier être formée dans le moyeu 1, de sorte que le pied d’aube 30 retenu dans l’attache 40 est ainsi solidarisé du moyeu 1.

Par exemple, l’alvéole 50 de l’attache 40 de pied d’aube 30 peut comprendre un fond 51 et deux flancs 52 dimensionnés et agencés de sorte que le fond 31 du pied 30 soit disposé en regard du fond 51 de l’alvéole 50 et que chaque flanc 32 du pied 30 soit disposé en regard d’un flanc 52 correspondant de l’alvéole 50, lorsque le pied de l’aube 30 est reçu dans l’alvéole 50 de l’attache 40.

Le fond 51 de l’alvéole 50 peut comprendre une paroi s’étendant sensiblement orthogonalement au plan de symétrie du pied de l’aube 30, et les flancs 52 de l’alvéole 50 peuvent être inclinées d’un angle supérieur à 45° par rapport à un plan de symétrie du pied d’aube 30 lorsque le pied d’aube 30 est inséré dans l’alvéole 50.

L’angle formé entre les flancs 32 du pied d’aube 30 et un plan parallèle au fond 51 de l’alvéole 50 est ainsi inférieur à 45°, ce qui est plus faible que sur les aubes 10 et attaches 40 existantes. Diminuer cet angle avec une longueur de flanc 32 du pied d’aube 30 identique permet d’élargir le pied d’aube 30.

Lorsque le fond 31 du pied d’aube 30 comprend une paroi centrale 311 et deux parois périphériques 312, le fond 51 de l’alvéole 50 peut également comprendre une paroi centrale sensiblement plane et deux parois périphériques sensiblement planes et inclinées par rapport à la paroi centrale. Chaque paroi périphérique du fond 51 de l’alvéole 50 peut être adaptée pour s’étendre en regard respectivement d’une paroi périphérique 312 du fond 31 du pied d’aube 30. La paroi centrale du fond 51 de l’alvéole 50 est adaptée pour s’étendre en regard de la paroi centrale 311 du fond 31 du pied d’aube 30.

Lorsque chaque flanc 32 du pied d’aube 30 comprend deux portions de flanc 321, 322, l’alvéole 50 peut comprendre deux portions de flanc de l’alvéole 50 correspondantes. Une première portion de flanc de l’alvéole 50 est adaptée pour s’étendre en regard de la première portion de flanc 321 du pied d’aube 30, et une deuxième portion de flanc de l’alvéole 50 est adaptée pour s’étendre en regard de la deuxième portion de flanc 322 du pied d’aube 30.

La première portion de flanc de l’alvéole 50 peut être inclinée par rapport au plan de symétrie du pied d’aube 30 d’un angle correspondant sensiblement à l’angle d’inclinaison α de la première portion de flanc 321 du pied d’aube 30, et la deuxième portion de flanc de l’alvéole 50 peut être inclinée par rapport au plan de symétrie du pied d’aube 30 d’un angle correspondant sensiblement à l’angle de transition β de la deuxième portion de flanc 322 du pied d’aube 30.

L’alvéole 50 de l’attache 40 de pied d’aube 30 peut comprendre en outre deux portées 53 disposées en sortie de l’alvéole 50. Les portées 53 de l’alvéole 50 correspondent à une partie radialement externe de l’alvéole 50. Les portées 53 de l’alvéole 50 peuvent raccorder les flancs 52 de l’alvéole 50 à une paroi périphérique externe de l’attache 40. La paroi périphérique externe de l’attache 40 peut s’étendre sensiblement circonférentiellement autour de l’axe longitudinal X et définir un moyeu 1. L’aube 10 est solidarisée du moyeu 1 par le biais de l’attache 40.

Les portées 53 de l’alvéole 50 peuvent être des parois sensiblement planes et radiales, adaptées pour s’étendre en regard des échasses 33 sensiblement radiales du pied de l’aube 30. Le pied de l’aube 30 est adapté pour s’étendre entre le fond 51 de l’alvéole 50 et la sortie des portées 53 de l’alvéole 50 lorsque le pied d’aube 30 est retenu dans l’attache 40.

L’alvéole 50 peut comprendre des parois de raccord 54 adaptées pour s’étendre en regard des parois de raccord 34 du pied d’aube 30. Chaque paroi de raccord 54 d’alvéole 50 peut être une paroi sensiblement plane et s’étendre sensiblement radialement depuis le fond 31 du pied d’aube 30 vers le flanc 32 du pied d’aube 30.

Chaque paroi de raccord 54 d’alvéole 50 raccorde un flanc 52 de l’alvéole 50 et une paroi de fond 51 de l’alvéole 50, les parois de raccord 54 d’alvéole 50 étant disposées de part et d’autre du fond 51 de l’alvéole 50. En particulier, les parois de raccord 54 d’alvéole 50 peuvent raccorder les flancs 52 de l’alvéole 50 et les parois périphériques du fond 51 de l’alvéole 50.

L’ensemble peut comprendre en outre une cale 70. La cale 70 est disposée entre le fond 31 du pied d’aube 30 et le fond 51 de l’alvéole 50.

La cale 70 peut présenter une forme et des dimensions correspondant sensiblement à la forme et aux dimensions du fond 31 du pied d’aube 30 et/ou du fond 51 de l’alvéole 50.

En particulier, lorsque le pied d’aube 30 comprend une paroi centrale 311 et deux parois périphériques 312, la cale 70 peut également comprendre une paroi centrale sensiblement plane et deux parois périphériques sensiblement planes et inclinées par rapport à la paroi centrale. Chaque paroi périphérique de cale 70 est adaptée pour s’étendre en regard respectivement d’une paroi périphérique 312 du fond 31 du pied d’aube 30. La paroi centrale de cale 70 est adaptée pour s’étendre en regard de la paroi centrale 311 du fond 31 du pied d’aube 30.

L’ensemble peut comprendre une ou plusieurs couches d’usure 60. La ou les couches d’usure 60 sont placées entre le pied d’aube 30 et l’alvéole 50 de l’attache 40. La couche d’usure 60 (wear strip en anglais) permet de réduire sensiblement l’endommagement au niveau d’une zone de contact entre le pied d’aube 30 et l’alvéole 50.

En particulier, une ou plusieurs zones, voire chaque zone, du pied d’aube 30 susceptible de former une zone de contact entre l’alvéole 50 et le pied d’aube 30 peut être recouverte d’une couche d’usure 60.

La ou les couches d’usure 60 peuvent être rapportées et fixées sur le pied de l’aube 30, ou être rapportées et fixées sur l’alvéole 50.

L’ensemble peut comprendre au moins deux couches d’usure 60 de flanc 32, chaque couche d’usure 60 de flanc 32 étant placée entre un flanc 32 du pied d’aube 30 et l’alvéole 50, en particulier entre un flanc 32 du pied 30 et un flanc 52 de l’alvéole 50. Ainsi, chaque flanc 32 du pied d’aube 30 est séparé du flanc 52 de l’alvéole 50 en regard duquel il est situé par une couche d’usure 60 de flanc 32 correspondante.

Les deux couches d’usure 60 de flanc 32, peuvent être disposées sensiblement sur tout le long du flanc 32 du pied d’aube 30. Ainsi, les couches d’usure 60 de flanc 32 engendrent un contact tangentiel qui permet de reprendre le moment aérodynamique sur une surface plus importante que sur une aube 10 et une alvéole 50 classiques. La pression et les mouvements dans la zone de contact est ainsi diminuée, ce qui permet de diminuer encore le risque d’endommagement de l’aube 10 au niveau des zones de contact avec l’alvéole 50.

En particulier, lorsque chaque flanc 32 du pied d’aube 30 comprend deux portions de flanc 321, 322, l’ensemble peut comprendre deux couches d’usure 60 de flanc 32 par flanc 32 du pied d’aube 30, ainsi qu’illustré à titre d’exemple non limitatif en figure 3. Une première couche d’usure 60 de flanc 32 est placée entre la première portion de flanc 321 du pied d’aube 30 et la première portion de flanc 52 de l’alvéole 50, et une deuxième couche d’usure 60 de flanc 32 est placée entre la deuxième portion de flanc 322 du pied d’aube 30 et la deuxième portion de flanc 52 de l’alvéole 50. Ainsi, chaque couche d’usure 60 de flanc 32 est placée entre une portion de flanc 321, 322 respective du pied d’aube 30 et de l’alvéole 50.

L’ensemble peut comprendre deux couches d’usure 60 de portée 53, ainsi qu’illustré à titre d’exemple non limitatif en figure 4. Chaque couche d’usure 60 de portée 53 est placée entre le pied d’aube 30 et une portée 53 de l’alvéole 50. Plus particulièrement, chaque couche d’usure 60 de portée 53 peut être placée entre une échasse 33 du pied d’aube 30 et une portée 53 correspondante de l’alvéole 50. Ainsi, chaque échasse 33 du pied d’aube 30 est séparée de la portée 53 de l’alvéole 50 en regard de laquelle elle est située par une couche d’usure 60 de portée 53 correspondante.

Les couches d’usure 60 de portée 53 placées entre le pied d’aube 30 et les portées 53 permettent d’ajouter un contact plan au niveau de la portée 53 de l’alvéole 50 et de l’échasse 33 du pied d’aube 30. En particulier, lorsque les échasses 33 et les portées 53 s’étendent sensiblement radialement, la couche d’usure 60 ajoute un contact sensiblement radial au niveau de l’échasse 33 du pied d’aube 30.

La reprise du moment aérodynamique en est encore améliorée, et la rotation du pied d’aube 30 dans l’alvéole 50, en particulier la rotation du pied d’aube 30 autour d’un axe de pied d’aube 30 passant entre les portées 53, est ainsi encore diminuée.

L’ensemble peut comprendre en outre deux couches d’usure 60 de raccord 34, ainsi qu’illustré à titre d’exemple non limitatif en figure 5. Chaque couche d’usure 60 de raccord 34 est placée entre une paroi de raccord 34 du pied d’aube 30 respective et l’alvéole 50, plus particulièrement entre une paroi de raccord 34 du pied d’aube 30 et une paroi de raccord 54 respective de l’alvéole 50.

En particulier, lorsque les parois de raccord 34 du pied 30 et les parois de raccord 54 de l’alvéole 50 sont sensiblement radiales, chaque couche d’usure 60 de raccord 34 peut s’étendre sensiblement radialement.

Les couches d’usure 60 de raccord 34 permettent d’ajouter un contact plan radial supplémentaire en une position interne par rapport à chaque flanc 32 du pied d’aube 30. La reprise du moment aérodynamique en est encore améliorée, et la rotation du pied d’aube 30 dans l’alvéole 50, en particulier la rotation du pied d’aube 30 autour d’un axe de pied d’aube 30 passant entre les portées 53, est ainsi encore diminuée.

Un rotor d’une soufflante d’un moteur peut comprendre au moins un ensemble tel que décrit ci-dessus. En particulier, un rotor d’une soufflante d’un moteur peut comprendre une pluralité d’ensembles tels que décrits précédemment, et ainsi comprendre une pluralité d’aubes 10 et d’attaches 40 correspondantes. La pluralité d’attaches 40 peut être adaptée pour être circonférentiellement répartie autour de l’axe longitudinal X, le long de la périphérie d’un moyeu 1. Chaque aube 10 est adaptée pour être montée dans une alvéole 50 d’une attache 40 de pied d’aube 30 correspondante.

Une soufflante d’un moteur peut comprendre un rotor tel que décrit ci-dessus. La soufflante peut être une soufflante carénée, ou une soufflante non carénée. En effet, l’ensemble pour un rotor d’un moteur décrit ci-dessus peut être intégré dans un moteur à soufflante non carénée, tel qu’un moteur de type « Open rotor » illustré dans l’exemple de la figure 1, ou dans un moteur à soufflante carénée.

Une turbomachine peut comprendre une soufflante telle que décrite ci-dessus. Un aéronef peut comprendre une turbomachine telle que décrite ci-dessus.

Ainsi, le rotor, la soufflante, la turbomachine, et/ou l’aéronef comportant au moins un ensemble comportant une aube 10 et une attache 40 telles que décrites ci-dessus permet de bénéficier des avantages procurés par l’ensemble. En particulier, la rotation du pied d’aube 30 dans l’alvéole 50 de l’attache 40 est diminuée, ce qui diminue en conséquence l’endommagement de l’aube 10 au niveau des zones de contact entre le pied de l’aube 30 et l’attache 40.

D’autres modes de réalisation peuvent être envisagés et une personne du métier peut facilement modifier les modes ou exemples de réalisation exposés ci-dessus ou en envisager d’autres tout en restant dans la portée de l’invention.

Claims

Ensemble pour un rotor d’un moteur, comprenant :
- une aube (10) comprenant une structure en matériau composite comprenant un renfort fibreux obtenu par tissage tridimensionnel et une matrice dans laquelle est noyé le renfort fibreux, la structure en matériau composite comprenant une pale (20) à profil aérodynamique et un pied (30), et
- une attache (40) de pied d’aube (30) comprenant une alvéole (50) configurée pour recevoir le pied d’aube (30),
le pied d’aube (30) présentant un plan de symétrie et comprenant :
- un fond (31) configuré pour s’étendre en regard d’un fond (51) de l’alvéole (50), et
- deux flancs (32) s’étendant de part et d’autre du fond (31) et formant chacun un angle d’inclinaison (α) par rapport au plan de symétrie,
l’ensemble étant caractérisé en ce que l’angle d’inclinaison (α) de chaque flanc (32) du pied d’aube (30) par rapport au plan de symétrie est supérieur ou égal à 45°.
Ensemble pour un rotor d’un moteur selon la revendication 1, dans lequel l’angle d’inclinaison α de chaque flanc (32) du pied d’aube (30) par rapport au plan de symétrie est compris entre 45° et 65°, par exemple entre 55° et 65°.
Ensemble pour un rotor d’un moteur selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel le pied d’aube (30) présente une forme sensiblement trapézoïdale.
Ensemble pour un rotor d’un moteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel chaque flanc (32) du pied d’aube (30) comprend deux portions de flanc (321, 322), une première portion (321) présentant l’angle d’inclinaison (α) par rapport au plan de symétrie, et une deuxième portion (322) présentant un angle de transition (β) par rapport au plan de symétrie, l’angle de transition (β) étant inférieur à l’angle d’inclinaison (α).
Ensemble selon la revendication 4, dans lequel la deuxième portion de flanc (322) s’étend entre la première portion de flanc (321) et la pale (20).
Ensemble pour un rotor d’un moteur selon l’une des revendications 1 à 5, comprenant en outre au moins deux couches d’usure (60) de flanc (32), chaque couche d’usure (60) de flanc (32) étant placée entre un flanc (32) du pied d’aube (30) et l’alvéole (50).
Ensemble pour un rotor d’un moteur selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel l’alvéole (50) de l’attache (40) de pied d’aube (30) comprend en outre deux portées (53) disposée en sortie de l’alvéole (50), et dans lequel l’ensemble comprend en outre deux couches d’usure (60) de portée (53), chaque couche d’usure (60) de portée (53) étant placée entre le pied d’aube (30) et une portée (53) de l’alvéole (50).
Rotor d’une soufflante d’un moteur, comprenant au moins un ensemble conforme à l’une des revendications 1 à 7.
Turbomachine comprenant une soufflante comprenant un rotor selon la revendication 8.
Aéronef comprenant une turbomachine selon la revendication 9.