FR3117159A1 - Aube directrice pour soufflante de turbomachine comprenant un capteur sans fil. - Google Patents

Aube directrice pour soufflante de turbomachine comprenant un capteur sans fil. Download PDF

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Abstract

Cette aube directrice (10) de l’écoulement d’un fluide pour soufflante (4) de turbomachine (3) d’aéronef, comprend au moins une cavité (11) et un capot (12) électriquement non conducteur destiné à isoler la cavité (11) qui comporte : - un moyen de mesure (13) apte à acquérir un paramètre apte à indiquer une présence ou une absence d’humidité à l’intérieur de l’aube (10) et, - un moyen de transmission (14), couplé au moyen de mesure (13), apte à transmettre à distance ledit paramètre. Figure pour l’abrégé : Fig 2

Description

Aube directrice pour soufflante de turbomachine comprenant un capteur sans fil.
L’invention concerne les turbomachines pour aéronef, et se rapporte plus particulièrement aux soufflantes de telles turbomachines. L’invention concerne également une turbomachine comprenant une telle soufflante et un aéronef équipé d’une telle turbomachine.
Etat de la technique antérieure
Un aéronef comprend généralement un groupe motopropulseur formé par une pluralité de turbomachines destinées à fournir la poussée nécessaire à une mise en mouvement de l’aéronef.
A cet effet, chaque turbomachine est logée dans une nacelle et comprend des équipements, localisés à l’extérieur d’un canal d’air du groupe motopropulseur, des compresseurs, des chambres de combustion, des turbines ainsi qu’une soufflante positionnée en amont d’une entrée d’air de la turbomachine et localisée dans le flux d’air.
Une telle soufflante comporte une pluralité d’aubes principales aptes à séparer le flux d’air entrant dans la turbomachine en un flux primaire et un flux secondaire, ce qui permet d’assurer la compression initiale du flux d’air.
Ainsi, le flux d’air primaire traverse la turbomachine en traversant divers équipements, tels que les compresseurs, les chambres de combustion et les turbines alors que le flux d’air secondaire contourne les divers équipements, tels que les compresseurs, les chambres de combustion et les turbines de la turbomachine.
Le flux d’air secondaire est redressé par des aubes directrices (« Outlet Guide Vane » en anglais) disposées sur la surface interne de la soufflante.
Plus précisément, ces aubes directrices sont situées à l’entrée de la soufflante et sont souvent en contact avec du givre, ce qui conduit, lorsque le givre s’accumule sur le cône d’entrée de la soufflante ainsi que sur les aubes principales, à son décollement par centrifugation.
Les propriétés mécaniques de l’aube directrice s’en trouvent donc altérées.
Par ailleurs, ce risque d’accrétion de givre est plus élevé lorsque la soufflante est non carénée, autrement dit, fixée sur la surface externe de la nacelle.
Pour éviter toute intrusion d’eau, il est proposé de surveiller l’étanchéité de l’aube directrice aussi bien lors de sa fabrication que tout au long de sa durée d’exploitation.
Une solution consiste en une vérification de l’intégrité du joint d’étanchéité de l’aube directrice lors de sa fabrication par tomographie acoustique.
Cette manœuvre dure généralement plusieurs heures et nécessite d’immobiliser une machine de tomographie à rayons X.
Ainsi, cette vérification se révèle particulièrement longue et fastidieuse et ne peut être effectuée en dehors de la fabrication de l’aube directrice.
L’enjeu est de détecter la présence d’eau à l’intérieur de l’aube directrice lors de sa fabrication et durant son exploitation sans pour autant démonter l’aube directrice.
Au vu de ce qui précède, l’invention se propose de pallier les contraintes précitées et a donc pour objet une aube directrice de l’écoulement d’un fluide pour soufflante de turbomachine d’aéronef, qui comprend au moins une cavité et un capot réalisé dans un matériau électriquement non conducteur et destiné à isoler la cavité.
La cavité comporte :
- un moyen de mesure apte à acquérir un paramètre apte à indiquer une présence ou une absence d’humidité à l’intérieur de l’aube directrice et,
- un moyen de transmission, couplé au moyen de mesure, apte à transmettre à distance ledit paramètre.
Pour détecter la présence ou l’absence d’humidité à l’intérieur de l’aube directrice, il est proposé d’utiliser un moyen de mesure configuré pour mesurer la valeur d’humidité dans l’aube.
Un moyen de transmission est en outre disposé à l’intérieur de l’aube directrice et couplé au moyen de mesure de manière à recevoir un paramètre et le transmettre à distance, autrement dit sans fil.
Un tel paramètre permet d’indiquer la présence ou non d’humidité (eau) à l’intérieur de l’aube. Le paramètre peut être sous forme d’une valeur, par exemple un pourcentage, qui au-delà d’un seuil prédéterminé, est représentatif de la présence d’humidité.
Le paramètre peut être en outre sous forme d’une série de caractères, notamment une pluralité de lettres, par exemple « présence d’eau » ou « absence d’eau », représentative d’une présence ou d’une absence d’humidité.
Ainsi, il est possible d’obtenir à distance le paramètre indiquant s’il y a une présence ou une absence d’humidité (d’eau) lors de la fabrication de l’aube directrice et au cours de son exploitation sans pour autant la démonter.
Un opérateur physique ou tout dispositif électronique peut alors détecter une possible altération des caractéristiques mécaniques de l’aube directrice.
Avantageusement, le moyen de transmission est de type radio-étiquette métal.
L’utilisation d’une radio-étiquette de type « métal » du moyen de transmission est avantageuse lorsque la cavité est en métal.
Avantageusement, le capot est réalisé dans un matériau composite polymère ou thermoplastique.
Pour ne pas perturber l’émission des ondes par le moyen de transmission, le capot est réalisé dans un matériau électriquement non conducteur.
Ce matériau peut être un polymère tel que l’époxy ou le polyethertherketone (PEEK).
En variante, il est proposé d’utiliser un matériau composite thermoplastique comprenant une résine et des fibres de verre destinées à renforcer le matériau.
Ce matériau a pour effet de maintenir les caractéristiques mécaniques initiales de l’aube directrice et de permettre au capot de réaliser sa fonction d’isolation de la cavité de l’aube directrice.
Le matériau étant électriquement non conducteur, le moyen de transmission peut être de type radio-étiquette RFID (pour « radio Frequency Identification » en anglais) destiné à émettre des ondes électromagnétiques.
De préférence, la radio-étiquette est passive.
Autrement dit, la radio-étiquette ne dispose pas d’une source d’alimentation susceptible d’augmenter sa masse. Son alimentation peut se faire par une absorption d’ondes électromagnétiques émises par un lecteur RFID par exemple.
Préférentiellement, la radio-étiquette est configurée pour émettre des ondes électromagnétiques ultra haute fréquence.
Par « ultra haute fréquence » on entend une bande de spectre radioélectrique comprise entre 860 MHz et 930 MHz.
Bien entendu, il est possible d’utiliser une radio-étiquette configurée pour fonctionner sur les bandes des fréquences électromagnétiques normalisées pour les étiquettes RFID.
Avantageusement, le moyen de transmission a une épaisseur comprise entre 1 et 10 mm.
Autrement dit, pour ne pas faire obstacle à l’isolation de la cavité de l’aube directrice par son capot, le moyen de transmission a une épaisseur comprise entre 1 et 10 mm.
Bien entendu, le moyen de mesure a également une épaisseur inférieure à celle de la cavité.
L’invention a encore pour objet une soufflante pour turbomachine d’aéronef qui comprend une pluralité d’aubes directrices telles que définies ci-dessus, une turbomachine d’aéronef comprenant une telle soufflante ainsi qu’un aéronef comprenant une telle turbomachine.
L’invention a encore pour objet un procédé d’acquisition à distance d’un paramètre apte à indiquer une présence ou une absence d’humidité à l’intérieur d’une aube directrice telle que définie ci-dessus.
Le procédé comprend les étapes suivantes :
- une étape de positionnement d’un moyen d’acquisition à une distance prédéterminée du moyen de transmission ;
- une étape de transfert à distance d’une requête de lecture par le moyen d’acquisition au moyen de transmission et,
- une étape de transfert à distance dudit paramètre par le moyen de transmission vers le moyen d’acquisition.
On entend par « moyen d’acquisition » tout dispositif apte à réceptionner des données sans fil.
Ainsi, lorsque le moyen d’acquisition est à une distance prédéterminée de la soufflante, celui-ci est apte à collecter un paramètre indiquant s’il y a une présence ou une absence d’humidité (d’eau) à l’intérieur de l’aube directrice.
Avantageusement, la distance prédéterminée est supérieure à 2 m.
De préférence, le moyen d’acquisition est de type radio-identification.
En d’autres termes, lorsque le moyen de transmission est de type radio-étiquette, le moyen d’acquisition est apte à émettre des radiofréquences de manière à solliciter le moyen de transmission et ainsi obtenir ledit paramètre.
L’invention sera mieux comprise et d’autres buts, caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation donnés à titre illustratif en référence avec les figures annexées, présentés à titre d’exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de l’invention et l’exposé de sa réalisation et, le cas échéant, contribuer à sa définition, sur lesquelles :
est une représentation schématique d’une nacelle de turbomachine pour aéronef selon l’état de la technique ;
illustre une aube directrice comprenant un moyen de mesure d’un paramètre apte à indiquer la présence ou l’absence d’humidité à l’intérieur d’une aube directrice et un moyen de transmission à distance dudit paramètre selon un mode de réalisation de l’invention ;
représente un ordinogramme d’un procédé d’acquisition à distance dudit paramètre selon un mode de mise en œuvre de l’invention ;
est une représentation schématique d’une étape de positionnement d’un moyen d’acquisition destiné à recevoir à distance ledit paramètre et,
est une représentation détaillée du moyen d’acquisition selon un mode de réalisation de l’invention.
Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation de l’invention
La est une représentation schématique d’une nacelle 2 d’une turbomachine 3 pour aéronef selon l’état de la technique, sur laquelle est représenté un ensemble propulsif 1 comprenant une nacelle 2, généralement de structure tubulaire s’étendant selon un axe longitudinal X.
L’ensemble propulsif 1 comprend en outre la turbomachine 3 de type double flux (ou également dénommé « turbofans » en anglais), apte à générer par l’intermédiaire d’une soufflante 4 en rotation un flux d’air primaire et un flux d’air secondaire.
Plus précisément, le flux d’air primaire traverse une partie chaude de la turbomachine 3 en passant notamment par divers équipements, tels que des compresseurs, des chambres de combustion et des turbines.
Le flux d’air secondaire circule à l’extérieur de la turbomachine 3 à travers une veine annulaire 5 formée entre des parois de la nacelle 2.
Le flux primaire et le flux secondaire se rejoignent ensuite pour être éjectés de la turbomachine 3 par une tuyère d’éjection 6 située en aval de la nacelle 2, en considérant une circulation du flux d’air le long de l’axe longitudinal X.
A cet effet, la tuyère d’éjection 6 comprend une tuyère primaire 61 apte à éjecter le flux primaire ainsi qu’une tuyère secondaire 62 destinée à éjecter le flux secondaire pour générer une poussée supplémentaire.
Pour garantir la compression de l’air, la soufflante 4 comprend une pluralité d’aubes dites principales 9, chacune s’étendant selon un axe radial R par rapport à l’axe longitudinal X.
L’aube principale 9 est réalisée dans un matériau composite électriquement conducteur comprenant une pluralité de fibres de carbone noyées dans une résine de sorte à résister à des efforts importants sans se déformer et tout en restant solidaire de la soufflante 4.
Bien entendu, l’aube principale 9 peut être réalisée dans tout autre matériau destiné à un tel usage, en matière métallique (Aluminium, Titane), en composite polymère fibre de verre résines (époxy, polyimide,…etc.) et en toute combinaison de ces matériaux par exemple.
La soufflante 4 comporte en outre une pluralité d’aubes directrices 10 disposées sur la surface interne de la soufflante 4 et destinées à redresser le flux d’air secondaire.
Tel qu’illustré dans la , l’aube directrice 10 comprend au moins une cavité 11 et un capot 12 apte à isoler la cavité 11.
Comme l’aube directrice 10 est située à l’entrée de la soufflante 4, celle-ci est souvent en contact avec du givre lors de son exploitation.
Ainsi, pour éviter toute intrusion d’eau susceptible de l’endommager, il est proposé de surveiller l’étanchéité de l’aube directrice 10 lors de sa fabrication et tout au long de sa durée d’exploitation.
A cet effet, la cavité 11 comporte un moyen de mesure 13 et un moyen de transmission à distance 14.
L’emplacement du moyen de mesure 13 est ici illustré à titre d’exemple.
Un tel moyen de mesure 13 est configuré pour acquérir un paramètre indiquant s’il y a une présence ou une absence d’humidité mesurée dans la cavité 11 de l’aube directrice 10.
Le moyen de mesure 13 est en outre configuré pour envoyer ledit paramètre au moyen de transmission 14 auquel il est couplé.
Le moyen de transmission 14 est ici sous la forme d’une radio-étiquette, en particulier une radio étiquette passive, de préférence une radio étiquette selon la technologie RFID (pour « radio Frequency Identification » en anglais) qui comporte un moyen de stockage du paramètre transmis par le moyen de mesure 13 et une antenne radio configurée pour recevoir une requête de lecture et émettre en retour le paramètre à distance.
Afin de ne pas perturber l’émission d’ondes par le moyen de transmission 14, le capot 12 est réalisé dans un matériau électriquement non conducteur.
A titre d’exemple, le capot 12 peut être fabriqué dans un matériau polymère tel que l’époxy ou le polyethertherketone (PEEK) ou bien dans un matériau composite thermoplastique comprenant par exemple une résine et des fibres de verre.
Par ailleurs, il est avantageux que le bord du moyen de transmission 14 soit maintenu à une distance minimale D des parties métalliques de la turbomachine 3 afin de ne pas perturber la transmission à distance, plus particulièrement l’antenne de l’étiquette RFID.
Cette distance est équivalente à la hauteur de l’antenne du moyen de transmission 14. De préférence, cette distance est supérieure à 3 mm.
La illustre un ordinogramme d’un procédé d’acquisition à distance d’un paramètre, indiquant s’il y a une présence ou une absence d’humidité à l’intérieur de l’aube directrice 10, par le moyen de transmission 14.
Pour réceptionner le paramètre envoyé à distance par le moyen de transmission 14, un opérateur 17 dispose d’un moyen d’acquisition 18 tel qu’illustré dans la .
Plus particulièrement, lorsque le moyen de transmission 14 est sous la forme d’une radio-étiquette, le moyen d’acquisition 18 est un lecteur RFID configuré pour émettre des ondes électromagnétiques destinées à activer la radio-étiquette du moyen de transmission 14.
Ainsi, l’opérateur 17 positionne, à l’étape E1, le moyen d’acquisition 18 à une distance supérieure à 2 m du moyen de transmission.
Au cours de l’étape E2, le moyen d’acquisition 18 émet à distance une requête de lecture au moyen de transmission afin de l’activer.
Enfin, à l’étape E3, le moyen de transmission 14 transfère à distance ledit paramètre à l’intérieur de l’aube directrice 10 vers le moyen d’acquisition 18.
En outre, le moyen de transmission 14 peut envoyer à distance d’autres données telles que la référence de l’aube directrice 10 (« Serial Number » en anglais) et/ou l’identifiant de la configuration de l’aube directrice 10 (« Part Number » selon le vocable anglosaxon) et/ou l’identité du fabriquant de l’aube directrice 10.
Pour afficher les données transmises par le moyen de transmission 14, le moyen d’acquisition 18 comprend, tel qu’illustré dans la , un écran 19 qui possède ici une forme rectangulaire.
Bien entendu, l’écran 19 peut être de toute forme quelconque permettant d’afficher les données réceptionnées sur une ou plusieurs lignes.
Un tel écran 19 comprend dans cet exemple une première ligne 20, une deuxième ligne 21, une troisième ligne 22, une quatrième ligne 23 ainsi qu’une cinquième ligne 24.
La première ligne 20 comprend une série de caractères qui permet d’indiquer quelle aube directrice 10 de la soufflante 4 est identifiée.
A titre d’exemple, lorsqu’il s’agit de l’aube directrice n°2, il sera précisé : « aube 2 ».
La deuxième ligne 21 comprend une deuxième série de caractères qui précise la référence l’aube directrice 10.
La troisième ligne 22 comporte une troisième série de caractères indiquant la configuration de l’aube directrice 10.
La quatrième ligne 23 comporte une quatrième série de caractères précisant l’identité du fabriquant de l’aube directrice 10.
Quant à la cinquième ligne 24, celle-ci comporte une cinquième série de caractères indiquant ledit paramètre.
Ainsi, l’écran 19 peut indiquer, à titre d’exemple, les données suivantes « aube 2 » à la première ligne 20, « rf 43 » à la deuxième ligne 21, « B734 » à la troisième ligne 22, « Sb 1873 » le constructeur de l’aube directrice 10 à la quatrième ligne 23 et « 30% » correspondant à la présence d’humidité à l’intérieur de l’aube directrice 10.
Le paramètre peut en outre être visualisé sous forme de lettres tant qu’une lettre ou une série de lettres, par exemple « présence d’eau » ou « absence d’eau », est représentative d’une présence ou d’une absence d’humidité à l’intérieur de l’aube directrice 10.
Par ailleurs, l’invention n’est pas limitée à ces modes de réalisation et de mise en œuvre mais en embrasse toutes les variantes. Par exemple, les aubes directrices 10 telles que décrites ci-dessus peuvent être utilisées dans le domaine de l’automobile.

Claims (12)

  1. Aube directrice (10) de l’écoulement d’un fluide pour soufflante (4) de turbomachine (3) d’aéronef, comprenant au moins une cavité (11) et un capot (12) réalisé dans un matériau électriquement non conducteur et destiné à isoler la cavité (11), l’aube étant caractérisée en ce que la cavité (11) comporte :
    - un moyen de mesure (13) apte à acquérir un paramètre apte à indiquer une présence ou une absence d’humidité à l’intérieur de l’aube (10) et,
    - un moyen de transmission (14), couplé au moyen de mesure (13), apte à transmettre à distance ledit paramètre.
  2. Aube directrice (10) selon la revendication 1, dans laquelle le capot (12) est réalisée dans un matériau composite thermoplastique ou polymère.
  3. Aube directrice (10) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le moyen de transmission (14) est de type radio-étiquette métal.
  4. Aube directrice (10) selon la revendication 3, dans laquelle la radio-étiquette est passive.
  5. Aube directrice selon la revendication 4, dans laquelle la radio-étiquette est configurée pour émettre des ondes électromagnétiques ultra haute fréquence.
  6. Aube directrice (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le moyen de transmission (14) a une épaisseur comprise entre 1 et 10 mm.
  7. Soufflante (4) pour turbomachine (3) d’aéronef caractérisée en ce qu’elle comprend une pluralité d’aubes directrices (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6.
  8. Turbomachine (3) pour aéronef caractérisée en ce qu’elle comprend une soufflante (4) selon la revendication 7 et/ou au moins une aube selon l’une quelconque des revendications 1 à 6.
  9. Aéronef caractérisé en ce qu’il comprend une turbomachine (3) pour aéronef selon la revendication 8, une soufflante (4) selon la revendication 7 et/ou au moins une aube selon l’une quelconque des revendications 1 à 6.
  10. Procédé d’acquisition à distance d’un paramètre apte à indiquer une présence ou une absence d’humidité à l’intérieur d’une aube directrice (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il comprend :
    - une étape de positionnement (E1) d’un moyen d’acquisition (18) à une distance prédéterminée du moyen de transmission (14);
    - une étape d’émission à distance (E2) d’une requête de lecture par le moyen d’acquisition (18) au moyen de transmission (14) et,
    - une étape de transfert à distance (E3) dudit paramètre par le moyen de transmission (14) vers le moyen d’acquisition (18).
  11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel la distance prédéterminée est supérieure à 2 m.
  12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, dans lequel le moyen d’acquisition (18) est de type radio-identification.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20110133949A1 (en) * 2007-11-08 2011-06-09 Ramesh Subramanian Instrumented component for wireless telemetry
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