FR3129687A1 - Aube pour une hélice non carénée d’une turbomachine - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne une aube (1) pour une soufflante non carénée d’une turbomachine, l’aube (1) comprenant une pale (10) formée d’une pluralité de sections de pales (S) empilées le long d’un axe de pale (P), l’aube (1) étant caractérisée en ce qu’une différence de flèches (Delta) correspondant à une différence entre la flèche de bord d’attaque (F(BA)) et la flèche de bord de fuite (F(BF)) d’une même section de pale (S) est :- négative, et comprise sensiblement entre -30° et 0°, pour toute section de pale (S) présentant une hauteur comprise entre 10% et 30% de la hauteur de pale (H), et- positive, et comprise sensiblement entre 0° et +40°, pour toute section de pale (S) présentant une hauteur comprise entre 50% et 90% de la hauteur de pale (H). Figure pour l’abrégé : Fig. 2

Description

Aube pour une hélice non carénée d’une turbomachine
DOMAINE DE L'INVENTION
L’invention concerne le domaine des turbomachines, et plus particulièrement le domaine des aubes pour une soufflante non carénée d’une turbomachine.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Un aéronef comprend classiquement au moins une turbomachine pour en assurer la propulsion.
La turbomachine comprend une soufflante, au moins un compresseur, une chambre de combustion, au moins une turbine, et une tuyère d’échappement des gaz. Par exemple, la turbomachine peut comprendre un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, et une turbine haute pression et une turbine basse pression.
La turbine haute pression entraîne en rotation le compresseur haute pression par l’intermédiaire d’un arbre haute pression, et la turbine basse pression entraîne en rotation le compresseur basse pression par l’intermédiaire d’un arbre basse pression. La turbine basse pression peut également entraîner en rotation la soufflante soit directement par l’intermédiaire de l’arbre basse pression, soit par le biais d’un réducteur disposé entre la turbine basse pression et la soufflante, le réducteur étant entraîné en rotation par l’arbre basse pression.
La soufflante, ou hélice, n’est pas carénée. La turbomachine est donc une soufflante non carénée (en anglais « open rotor », ou « propfan »).
Une aube de soufflante d’une turbomachine est classiquement conçue de sorte à respecter à la fois des contraintes aérodynamiques visant à optimiser l’écoulement aérodynamique le long de l’aube, et des contraintes mécaniques visant à permettre la tenue structurelle de l’aube et son intégration dans la turbomachine. En particulier, la flèche de l’aube au niveau de son bord d’attaque participe à la captation de débit et au maintien à l’ingestion de l’aube, et la flèche de l’aube au niveau de son bord de fuite impacte la corde et la mécanique de l’aube. L’évolution de la flèche de bord d’attaque et de la flèche de bord de fuite le long de la hauteur de l’aube impacte également l’aérodynamique et la mécanique de l’aube.
En outre, la conception d’une aube de soufflante, notamment le choix de sa flèche de bord d’attaque et de sa flèche de bord de fuite, varie en fonction de l’architecture de la turbomachine, par exemple en fonction de la présence ou non d’un réducteur dans la turbomachine, ou en fonction de la présence ou non d’un système de calage variable des aubes de la soufflante.
Le document WO 2013/050724 A1 décrit une loi d’évolution d’un angle de flèche au niveau du bord d’attaque d’une aube de soufflante d’une turbomachine dans une zone de pied de l’aube. Néanmoins, cette loi d’évolution ne permet d’orienter que partiellement la conception de l’aube, puisqu’elle est limitée à la zone de pied de l’aube.
Un but de l’invention est de proposer une aube pour une soufflante non carénée d’une turbomachine qui présente un compromis aéro-mécanique optimisé.
Un autre but de l’invention est de proposer une aube pour une soufflante non carénée d’une turbomachine qui puisse être mise en œuvre pour différentes architectures de turbomachine.
Un autre but de l’invention est de proposer un paramétrage d’une aube pour une soufflante non carénée d’une turbomachine, le paramétrage étant fonction de la flèche de bord d’attaque et de la flèche de bord de fuite de l’aube, et permettant d’orienter de manière satisfaisante la conception d’une telle aube pour des architectures variées de turbomachine.
Il est à cet effet proposé, selon un premier aspect de l’invention, une aube pour une soufflante non carénée d’une turbomachine, la turbomachine s’étendant autour d’un axe longitudinal, dans laquelle l’aube comprend une pale à profil aérodynamique présentant un bord d’attaque et un bord de fuite, la pale étant formée d’une pluralité de sections de pales empilées le long d’un axe de pale depuis une extrémité radialement interne jusqu’à une extrémité radialement externe de la pale, une hauteur de pale correspondant à une distance le long de l’axe de pale de l’extrémité radialement interne à l’extrémité radialement externe de la pale, dans laquelle chaque section de pale présente une flèche de bord d’attaque correspondant à un angle entre l’axe de pale et un segment moyen du bord d’attaque au sein de ladite section de pale, et dans laquelle chaque section de pale présente une flèche de bord de fuite correspondant à un angle entre l’axe de pale et un segment moyen du bord de fuite au sein de ladite section de pale, l’aube étant caractérisée en ce qu’une différence de flèches correspondant à une différence entre la flèche de bord d’attaque et la flèche de bord de fuite d’une même section de pale est :
- négative, la différence de flèches étant strictement inférieure à 0° et étant en outre supérieure à -30°, pour toute section de pale présentant une hauteur comprise entre 10% et 30% de la hauteur de pale, et
- positive, la différence de flèches étant strictement supérieure à 0° et étant en outre inférieure à +40°, pour toute section de pale présentant une hauteur comprise entre 50% et 90% de la hauteur de pale.
Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives de l’aube selon le premier aspect sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison :
- chaque section de pale s’étend sur au moins 1% et au plus 10% de la hauteur de pale, de préférence chaque section de pale s’étend sur environ 5% de la hauteur de pale ;
- la différence de flèches change de signe entre deux sections de pale présentant chacune une hauteur comprise entre 30% et 50% de la hauteur de pale, plus particulièrement entre deux sections de pale présentant chacune une hauteur comprise entre 30% et 40% de la hauteur de pale ;
- la différence de flèches est comprise entre -20° et 0° pour toute section de pale présentant une hauteur comprise entre 10% et 30% de la hauteur de pale, et/ou la différence de flèches est comprise entre +10° et +30° pour toute section de pale présentant une hauteur comprise entre 60% et 90% de la hauteur de pale ;
- la différence de flèches est strictement croissante avec la hauteur pour les sections de pale présentant des hauteurs allant de 30% à 70% de la hauteur de pale, plus particulièrement pour les sections de pale présentant des hauteurs allant de 20% à 80% de la hauteur de pale, plus particulièrement pour les sections de pale présentant des hauteurs allant de 10% à 90% de la hauteur de pale
- la différence de flèches augmente de manière sensiblement linéaire pour les sections de pale présentant des hauteurs allant de 30% à 70% de la hauteur de pale, plus particulièrement pour les sections de pale présentant des hauteurs allant de 20% à 90% de la hauteur de pale.
Selon un deuxième aspect, l’invention propose une soufflante non carénée pour une turbomachine comprenant une pluralité d’aubes selon le premier aspect.
Optionnellement, la soufflante comprend moins de 19 aubes, par exemple entre 10 et 19 aubes, par exemple 12 aubes.
Selon un troisième aspect, l’invention propose une turbomachine comprenant une soufflante non carénée selon le deuxième aspect (en anglais « open rotor », ou « propfan »).
Selon un quatrième aspect, l’invention propose un aéronef comprenant au moins une turbomachine selon le troisième aspect.
DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
La illustre une vue en perspective schématique d’une aube selon un mode de réalisation de l’invention, comprenant une pale formée d’une pluralité de sections de pales empilées le long d’un axe de pale.
La est un graphe illustrant un exemple d’évolution d’une différence entre la flèche de bord d’attaque et la flèche de bord de fuite le long d’une hauteur d’une aube selon un mode de réalisation de l’invention.

Claims (10)

  1. Aube (1) pour une soufflante non carénée d’une turbomachine, la turbomachine s’étendant autour d’un axe longitudinal, dans laquelle l’aube (1) comprend une pale (10) à profil aérodynamique présentant un bord d’attaque (11) et un bord de fuite (12), la pale (10) étant formée d’une pluralité de sections de pales (S) empilées le long d’un axe de pale (P) depuis une extrémité radialement interne (13) jusqu’à une extrémité radialement externe (14) de la pale (10), une hauteur de pale (H) correspondant à une distance le long de l’axe de pale (P) de l’extrémité radialement interne (13) à l’extrémité radialement externe (14) de la pale (10), dans laquelle chaque section de pale (S) présente une flèche de bord d’attaque (F(BA)) correspondant à un angle entre l’axe de pale (P) et un segment moyen du bord d’attaque (11) au sein de ladite section de pale (S), et dans laquelle chaque section de pale (S) présente une flèche de bord de fuite (F(BF)) correspondant à un angle entre l’axe de pale (P) et un segment moyen du bord de fuite (12) au sein de ladite section de pale (S), l’aube (1) étant caractérisée en ce qu’une différence de flèches (Delta) correspondant à une différence entre la flèche de bord d’attaque (F(BA)) et la flèche de bord de fuite (F(BF)) d’une même section de pale (S) est :
    - négative, la différence de flèches (Delta) étant strictement inférieure à 0° et étant en outre supérieure à -30°, pour toute section de pale (S) présentant une hauteur comprise entre 10% et 30% de la hauteur de pale (H), et
    - positive, la différence de flèches (Delta) étant strictement supérieure à 0° et étant en outre inférieure à +40°, pour toute section de pale (S) présentant une hauteur comprise entre 50% et 90% de la hauteur de pale (H).
  2. Aube (1) pour une soufflante non carénée selon la revendication 1, dans laquelle chaque section de pale (S) s’étend sur au moins 1% et au plus 10% de la hauteur de pale (H), de préférence dans laquelle chaque section de pale (S) s’étend sur environ 5% de la hauteur de pale (H).
  3. Aube (1) pour une soufflante non carénée selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle la différence de flèches (Delta) change de signe entre deux sections de pale (S) présentant chacune une hauteur comprise entre 30% et 50% de la hauteur de pale (H), plus particulièrement entre deux sections de pale (S) présentant chacune une hauteur comprise entre 30% et 40% de la hauteur de pale (H).
  4. Aube (1) pour une soufflante non carénée selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la différence de flèches (Delta) est comprise entre -20° et 0° pour toute section de pale (S) présentant une hauteur comprise entre 10% et 30% de la hauteur de pale (H), et/ou dans laquelle la différence de flèches (Delta) est comprise entre +10° et +30° pour toute section de pale (S) présentant une hauteur comprise entre 60% et 90% de la hauteur de pale (H).
  5. Aube (1) pour une soufflante non carénée selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la différence de flèches (Delta) est strictement croissante avec la hauteur pour les sections de pale (S) présentant des hauteurs allant de 30% à 70% de la hauteur de pale (H), plus particulièrement pour les sections de pale (S) présentant des hauteurs allant de 20% à 80% de la hauteur de pale (H), plus particulièrement pour les sections de pale (S) présentant des hauteurs allant de 10% à 90% de la hauteur de pale (H).
  6. Aube (1) pour une soufflante non carénée selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la différence de flèches (Delta) augmente de manière sensiblement linéaire pour les sections de pale (S) présentant des hauteurs allant de 30% à 70% de la hauteur de pale (H), plus particulièrement pour les sections de pale (S) présentant des hauteurs allant de 20% à 90% de la hauteur de pale (H).
  7. Soufflante non carénée pour une turbomachine comprenant une pluralité d’aubes (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6.
  8. Soufflante non carénée selon la revendication 7, comprenant moins de 19 aubes (1), par exemple entre 10 et 19 aubes (1), par exemple 12 aubes (1).
  9. Turbomachine comprenant une soufflante non carénée selon la revendication 7 ou la revendication 8.
  10. Aéronef comprenant une turbomachine selon la revendication 9.
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