FR3124832A1 - Turbomachine comprenant une helice non carenee et un redresseur non carene - Google Patents

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Abstract

Turbomachine (1) d’axe longitudinal (X) comprenant une hélice non carénée (2) qui est entrainée en rotation autour de l’axe longitudinal (X) et un redresseur non caréné (3) comportant une rangée annulaire d’aubes de stator (9) configurées pour redresser au moins une partie d’un flux de gaz (F) traversant ladite hélice (2), chaque aube de stator (9) comprenant une pale (11) s’étendant longitudinalement entre un bord d’attaque (12) et un bord de fuite (13), et radialement entre un pied (14) et un sommet (15), caractérisée en ce que le bord d’attaque (12) de chaque aube de stator (9) présente un angle de dièdre qui est supérieur à 15°, en valeur absolue, au sommet (15) de la pale (11) Figure pour l'abrégé : 1

Description

TURBOMACHINE COMPRENANT UNE HELICE NON CARENEE ET UN REDRESSEUR NON CARENE
Domaine technique de l'invention
La présente invention se rapporte à une turbomachine comprenant une hélice non carénée et un redresseur non caréné. Une telle turbomachine est plus connue sous l’acronyme anglais USF pour « Unducted Single Fan ».
Arrière-plan technique
Une telle turbomachine comprend une hélice propulsive qui est entrainée en rotation par une turbine et un redresseur fixe comportant une rangée annulaire d’aubes de stator configurées pour redresser au moins une partie d’un flux de gaz traversant l’hélice.
Ces turbomachines à haut taux de dilution présentent un excellent rendement, avec notamment une baisse de la consommation de carburant et des émissions de dioxyde de carbone. Toutefois, un inconvénient majeur est le bruit qu’elle génère, ce bruit étant notamment provoqué par l’interaction du sillage (ou du tourbillon) généré par les sommets des aubes de rotor de l’hélice avec les aubes de stator du redresseur.
Le profil de l’hélice et du redresseur, et plus précisément des aubes de rotor (hélice) et des aubes de stator (redresseur), impactent les performances aérodynamiques et acoustiques d’une telle turbomachine.
C’est pourquoi, les motoristes travaillent continuellement sur ces profils pour améliorer les performances aérodynamiques de la turbomachine, tout en respectant les contraintes mécaniques (de fabrication et de fonctionnement), et en s’assurant que la turbomachine répond aux critères acoustiques en vigueur.
L’objectif de la présente invention est donc d’apporter une solution simple, efficace et économique permettant de répondre à la problématique précitée.
L’invention propose ainsi une turbomachine d’axe longitudinal X comprenant une hélice non carénée qui est entrainée en rotation autour de l’axe longitudinal X et un redresseur non caréné comportant une rangée annulaire d’aubes de stator configurées pour redresser au moins une partie d’un flux de gaz F traversant ladite hélice, chaque aube de stator comprenant une pale s’étendant longitudinalement entre un bord d’attaque et un bord de fuite, et radialement entre un pied et un sommet,
caractérisée en ce que le bord d’attaque de chaque aube de stator présente un angle de dièdre qui est supérieur à 15°, en valeur absolue, au sommet de la pale.
Un tel dimensionnement des aubes de stator se traduit par une inclinaison prononcée des sommets en direction circonférentielle (ou tangentielle).
Un tel dimensionnement permet d’améliorer les performances aérodynamiques de chaque aube de stator, et de manière plus générale du redresseur et de la turbomachine. En effet, une telle inclinaison permet de réduire significativement le sillage (ou le tourbillon) généré par les sommets des aubes de stator.
En outre, un tel dimensionnement permet également de réduire significativement le bruit émis par la turbomachine. En effet, une telle inclinaison permet de réduire les interactions du sillage (ou du tourbillon) généré par les sommets des aubes de rotor avec les aubes de stator (et notamment les interactions au niveau des sommets des aubes de stator).
La turbomachine 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 :
- l’angle de dièdre du bord d’attaque de chaque aube de stator est compris entre 15° et 45°, en valeur absolue, au sommet de la pale ;
- l’angle de dièdre du bord d’attaque de chaque aube de stator est compris entre 45° et 90°, en valeur absolue, au sommet de la pale ;
- l’angle de dièdre du bord d’attaque de chaque aube de stator est compris entre -5° et 5°, depuis le pied jusqu’à une hauteur radiale h50de la pale correspondant à 50% de la hauteur radiale totale H de la pale ;
- l’angle de dièdre du bord d’attaque de chaque aube de stator est continument croissant ou décroissant, depuis une hauteur radiale h50-h70de la pale située entre 50% et 70% de la hauteur radiale totale H de la pale jusqu’au sommet de la pale ;
- l’angle de dièdre du bord d’attaque de chaque aube de stator suit une loi linéaire ou polynomiale depuis une hauteur radiale h50-h70de la pale située entre 50% et 70% de la hauteur radiale totale H de la pale jusqu’au sommet de la pale ;
- le diamètre du redresseur au niveau des sommets des aubes de stator est compris entre 2m et 6m, de préférence entre 3m et 6m ;
- la solidité du redresseur est inférieure à 2,5, de préférence inférieure à 0,5, la solidité du redresseur correspondant au rapport C/Pc entre la corde C de la pale d’une aube de stator et le pas circonférentiel Pc entre deux aubes de stator adjacentes ;
- l’hélice comprend une rangée annulaire d’aubes de rotor, le rapport S/D étant compris entre 0,005 et 0,5, où S correspond à la distance longitudinale entre un axe radial Y’ d’une aube de rotor et un axe radial Y d’une aube de stator, et D correspond au diamètre de l’hélice au niveau des sommets des aubes de rotor ;
- l’hélice comprend une rangée annulaire d’aubes de rotor portées par un moyeu, le rapport de moyeu étant compris entre 0,1 et 0,5, le rapport de moyeu correspondant au rapport entre le rayon du moyeu au niveau d’un axe radial Y’ d’une aube de rotor et le rayon de l’hélice au niveau d’un sommet d’une aube de rotor ;
- les aubes de stator sont à calage variable.
Brève description des 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 :
la est une vue schématique en demi-coupe axiale d’une turbomachine selon l’invention ;
la est une vue de détail en perspective illustrant partiellement une hélice et un redresseur de la turbomachine illustrée sur la ;
la est une vue de détail illustrant différentes pales superposées en accord avec l’invention ;
la est un graphique illustrant, pour chaque pale de la , une courbe représentant la variation de la position azimutale du bord d’attaque en fonction de la hauteur de la pale ;
la est un graphique illustrant, pour chaque pale de la , une courbe représentant la variation de l’angle de dièdre du bord d’attaque en fonction de la hauteur de la pale ;
la est une vue schématique en demi-coupe axiale d’une turbomachine selon une variante de réalisation.

Claims (11)

  1. Turbomachine (1) d’axe longitudinal (X) comprenant une hélice non carénée (2) qui est entrainée en rotation autour de l’axe longitudinal (X) et un redresseur non caréné (3) comportant une rangée annulaire d’aubes de stator (9) configurées pour redresser au moins une partie d’un flux de gaz (F) traversant ladite hélice (2), chaque aube de stator (9) comprenant une pale (11) s’étendant longitudinalement entre un bord d’attaque (12) et un bord de fuite (13), et radialement entre un pied (14) et un sommet (15),
    caractérisée en ce que le bord d’attaque (12) de chaque aube de stator (9) présente un angle de dièdre qui est supérieur à 15°, en valeur absolue, au sommet (15) de la pale (11).
  2. Turbomachine (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que l’angle de dièdre du bord d’attaque (12) de chaque aube de stator (9) est compris entre 15° et 45°, en valeur absolue, au sommet (15) de la pale (11).
  3. Turbomachine (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que l’angle de dièdre du bord d’attaque (12) de chaque aube de stator (9) est compris entre 45° et 90°, en valeur absolue, au sommet (15) de la pale (11).
  4. Turbomachine (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’angle de dièdre du bord d’attaque (12) de chaque aube de stator (9) est compris entre -5° et 5°, depuis le pied (14) jusqu’à une hauteur radiale (h50) de la pale (11) correspondant à 50% de la hauteur radiale totale (H) de la pale (11).
  5. Turbomachine (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’angle de dièdre du bord d’attaque (12) de chaque aube de stator (9) est continument croissant ou décroissant, depuis une hauteur radiale (h50-h70) de la pale (11) située entre 50% et 70% de la hauteur radiale totale (H) de la pale (11) jusqu’au sommet (15) de la pale (11).
  6. Turbomachine (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’angle de dièdre du bord d’attaque (12) de chaque aube de stator (9) suit une loi linéaire ou polynomiale depuis une hauteur radiale (h50-h70) de la pale (11) située entre 50% et 70% de la hauteur radiale totale (H) de la pale (11) jusqu’au sommet (15) de la pale (11).
  7. Turbomachine (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le diamètre du redresseur (3) au niveau des sommets (15) des aubes de stator (9) est compris entre 2m et 6m, de préférence entre 3m et 6m.
  8. Turbomachine (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la solidité du redresseur (3) est inférieure à 2,5, de préférence inférieure à 0,5, la solidité du redresseur (3) correspondant au rapport C/Pc entre la corde C de la pale (11) d’une aube de stator (9) et le pas circonférentiel Pc entre deux aubes de stator (9) adjacentes.
  9. Turbomachine (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’hélice (2) comprend une rangée annulaire d’aubes de rotor (6), le rapport S/D étant compris entre 0,005 et 0,5, où S correspond à la distance longitudinale entre un axe radial (Y’) d’une aube de rotor (6) et un axe radial (Y) d’une aube de stator (9), et D correspond au diamètre de l’hélice (2) au niveau des sommets (22) des aubes de rotor (6).
  10. Turbomachine (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’hélice (2) comprend une rangée annulaire d’aubes de rotor (6) portées par un moyeu (7), le rapport de moyeu étant compris entre 0,1 et 0,5, le rapport de moyeu correspondant au rapport entre le rayon du moyeu (7) au niveau d’un axe radial (Y’) d’une aube de rotor (6) et le rayon de l’hélice (2) au niveau d’un sommet (22) d’une aube de rotor (6).
  11. Turbomachine (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les aubes de stator (9) sont à calage variable.
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