FR3130321A1 - Turbomachine non carénée comprenant des aubes de stator présentant des cordes différentes - Google Patents

Turbomachine non carénée comprenant des aubes de stator présentant des cordes différentes Download PDF

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Abstract

Un aéronef comprenant au moins une turbomachine non carénée pour la propulsion de l’aéronef, la turbomachine comprenant un rotor et un stator comprenant une pluralité d’aubes de stator s’étendant radialement par rapport à l’axe longitudinal, chaque aube de stator étant définie, dans un plan transversal (PT) à l’axe longitudinal, par une position angulaire (θ). Le stator de la turbomachine comprenant des aubes de stator ayant une première corde, appelées aubes classiques (51), et au moins une aube de stator ayant une deuxième corde, plus grande que la première corde, appelée aube allongée (52), le rotor étant configuré pour tourner selon un sens de rotation prédéterminé par rapport à l’axe longitudinal (X), ladite au moins une aube allongée (52) étant à une position angulaire (θ) appartenant à une plage de montée (PM) définie entre 180° et 360°. Figure de l’abrégé : Figure 4

Description

Turbomachine non carénée comprenant des aubes de stator présentant des cordes différentes
La présente invention concerne le domaine des turbomachines utilisées pour la propulsion d’un aéronef et concerne plus particulièrement un stator d’une turbomachine non carénée.
De manière connue, un aéronef comprend une turbomachine s’étendant longitudinalement selon un axe et permettant de déplacer l’aéronef à partir d’un flux d’air circulant d’amont en aval. Par la suite, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à l’axe longitudinal orienté d’amont en aval. De même, les termes « intérieur » et « extérieur » sont définis selon la direction radiale par rapport à l’axe longitudinal.
La turbomachine comprend une veine primaire délimitée par un carter, désigné « carter inter-veine », et alimentée par une soufflante amont. La soufflante permet de produire un flux d’air primaire à l’intérieur du carter inter-veine et un flux d’air secondaire autour du carter inter-veine. La soufflante, également désignée « rotor », est montée rotative autour de l’axe longitudinal et permet d’accélérer le flux d’air d’amont vers l’aval.
La turbomachine comporte une soufflante non carénée, dépourvue de carter extérieur, connue de l’homme du métier sous la désignation « open rotor ». Une telle turbomachine présente l’avantage d’avoir une masse réduite en l’absence de carter extérieur. Autrement dit, le flux d’air secondaire circulant à l’extérieur du carter inter-veine circule dans une veine secondaire ouverte vers l’extérieur.
De manière connue, la turbomachine comporte en aval de la soufflante un stator permettant de redresser le flux d’air accéléré par la soufflante. Le stator comprend une pluralité d’aubes de stator, également désignées « redresseurs », s’étendant radialement entre un pied relié au carter inter-veine et une tête libre.
Une fonction principale d’un stator est de dévier la direction du flux d’air afin de modifier l’énergie cinétique de manière à ce qu’elle soit exploitable pour la poussée de la turbomachine. Le stator permet ainsi de réduire les pertes aérodynamiques, assurer un bon rendement de la turbomachine et garantir une robustesse à la prise d’incidence du flux d’air afin d’assurer la stabilité de fonctionnement de la turbomachine. De manière connue, les aubes de stator possèdent une géométrie précise et prédéfinie permettant d’assurer au mieux les fonctions précitées. Les aubes de stator sont dimensionnées de manière à présenter une section et une orientation prédéfinies pour optimiser la déviation du flux d’air. En pratique, toutes les aubes de stator possèdent la même longueur, la même corde ainsi que, à chaque instant, le même calage.
Une turbomachine non carénée présente l’inconvénient d’être sensible à l’incidence du flux d’air extérieur par comparaison à une turbomachine carénée comme un turboréacteur. En particulier, le flux d’air traversant la turbomachine entraine des effets aérodynamiques sur les pales montantes et descendantes du rotor, ce qui entraine un écoulement d’air hétérogène pouvant affecter les performances de la turbomachine. En effet, les pales sont plus chargées lorsqu’elles montent (déplacement d’un point bas à un point haut lors de la rotation) et, à l’inverse, moins chargées lorsqu’elles descendent (déplacement d’un point haut à un point bas lors de la rotation).
L’invention vise ainsi à éliminer au moins certains de ces inconvénients en proposant une turbomachine non carénée ayant une poussée optimale, même lorsque l’écoulement d’air entrant dans la turbomachine est hétérogène.
On connait du document FR3092868 un turboréacteur (turbomachine carénée) comprenant dans une veine secondaire une roue de stator comprenant des aubes présentant des cordes différentes. Les cordes différentes permettent de caractériser chaque aube dans une fonction précise. En particulier, chaque aube de la roue de stator décrite dans le document FR3092868 a pour but par exemple d’améliorer la reprise et la transmission des efforts dans la turbomachine ou encore d’améliorer l’échange de chaleur entre un flux d’air primaire chaud circulant dans la veine primaire et un flux d’air secondaire froid circulant dans la veine secondaire.
PRESENTATION DE L’INVENTION
L’invention concerne un aéronef comprenant au moins une turbomachine non carénée pour la propulsion de l’aéronef, la turbomachine s’étendant selon un axe longitudinal et étant configurée pour accélérer un flux d’air circulant d’amont en aval, la turbomachine comprenant un rotor et un stator, monté en aval du rotor, le stator comprenant une pluralité d’aubes de stator pour redresser le flux d’air issu du rotor, s’étendant radialement par rapport à l’axe longitudinal et réparties angulairement autour de l’axe longitudinal, chaque aube de stator comprenant un bord d’attaque et un bord de fuite définissant entre eux une corde dans un plan de révolution défini par rapport à l’axe longitudinal, chaque aube de stator étant définie, dans un plan transversal à l’axe longitudinal, par une position angulaire, le rotor étant configuré pour tourner selon un sens de rotation prédéterminé par rapport à l’axe longitudinal, les positions angulaires des aubes de stator étant définies sur une plage angulaire de 0-360°, la position angulaire 0° étant définie en position haute par rapport à un axe vertical, les positions angulaires étant définies de manière croissante selon le sens de rotation prédéterminé du rotor.
L’aéronef est remarquable en ce que le stator de la turbomachine comprend des aubes de stator ayant une première corde, appelées aubes classiques, et au moins une aube de stator ayant une deuxième corde, plus grande que la première corde, appelée aube allongée, ladite au moins une aube allongée étant positionnée dans une plage de montée définie entre 180° et 360°.
Un tel aéronef permet d’adapter la géométrie de chaque aube de stator en fonction de sa position angulaire sur le stator, de manière à adapter la répartition de charge de chaque aube de stator en fonction des pales montantes et descendantes du rotor positionné en vis-à-vis du stator. Les pales montantes et descendantes du rotor sont définies lorsque le rotor est en rotation et dans une vue de face en amont de l’aéronef. Une aube allongée lui permet en effet de supporter une charge plus importante due aux pales montantes du rotor en vis-à-vis qui perturbent le flux d’air traversant la turbomachine. Une telle turbomachine permet ainsi de limiter le risque de surcharge locale du stator et donc le risque de décollement aérodynamique. La turbomachine est ainsi plus efficace et permet un effort de poussée plus important tout en limitant sa consommation. Ainsi, le rotor vient avantageusement compenser les variations de charge des pales du rotor pour obtenir la poussée optimale.
Dans une première forme de réalisation, le rotor étant configuré pour tourner selon un sens de rotation horaire, la plage de montée correspond à une moitié gauche du stator, dans une vue de face en amont de l’aéronef.
Dans une deuxième forme de réalisation, le rotor étant configuré pour tourner selon un sens de rotation inverse au sens horaire, la plage de montée correspond à une moitié droite du stator, dans une vue de face en amont de l’aéronef.
De préférence, le stator comprend au moins deux aubes allongées positionnées dans la plage de montée, permettant d’adapter la corde de plusieurs aubes de stator pour optimiser la géométrie complète du stator et adapter la corde de plusieurs aubes de stator au chargement qu’elles subissent.
De manière préférée, la plage de montée est définie entre 210° et 330°, permettant de positionner ladite au moins une aube allongée dans une plage angulaire correspondant aux pales du rotor générant un flux plus important.
De préférence, la plage de montée est définie entre 225° et 315°, permettant de s’assurer du positionnement de l’aube allongée en vis-à-vis des pales montantes du rotor qui génèrent le flux d’air le plus important. Autrement dit, la plage angulaire en vis-à-vis des pales du rotor générant le flux d’air le plus important comprend au moins une aube allongée, permettant de maximiser le redressement du flux d’air en aval de la turbomachine, qui est alors plus efficace.
De manière préférée, le stator de la turbomachine comprend au moins une aube de stator ayant une troisième corde, appelée aube raccourcie, la troisième corde étant plus petite que la première corde de manière à limiter le risque de sous chargement d’une aube, ladite au moins une aube raccourcie est positionnée dans une plage de descente, la plage de descente étant définie entre 0° et 180°. Chaque aube présentant ainsi une troisième corde réduite permet de limiter le risque de sous-charge d’une aube dont la corde serait trop grande au regard du flux d’air qu’elle reçoit, la sous-charge étant en effet une condition de fonctionnement non-optimale.
Dans une forme de réalisation, chaque aube raccourcie est diamétralement opposée à une aube allongée, permettant une géométrie optimale de l’ensemble du stator pour permettre des performances optimales de la turbomachine.
De préférence, le terme diamétralement opposé est déterminé par rapport à l’axe de la turbomachine.
De préférence, la première corde présentant une longueur, la troisième corde présente une longueur comprise entre 70% et 95% de la longueur de la première corde. Une telle troisième corde permet d’optimiser la corde de l’aube au chargement tout en limitant la différence de corde et donc le risque de perturbations locales.
De préférence, la première corde présentant une longueur, la deuxième corde présente une longueur comprise entre 105% et 130% de la longueur de la première corde. Une telle deuxième corde permet d’optimiser la corde de l’aube au chargement tout en limitant la différence de corde et donc le risque de perturbations locales.
De préférence, la différence de corde entre deux aubes de stator adjacentes est inférieure ou égale à 25%. Une différence de corde limitée pour deux aubes adjacentes permet de limiter les risques de perturbations locales de l’écoulement qui pourraient nuire au fonctionnement du stator.
De manière préférée, chaque aube de stator présentant une épaisseur maximale dans le plan de révolution, l’épaisseur relative d’une aube de stator correspondant au rapport de l’épaisseur maximale sur la corde, la différence d’épaisseur relative entre deux aubes de stator adjacentes ayant des cordes différentes est inférieure ou égale à 25%. Une telle différence d’épaisseur relative permet de limiter les perturbations locales de l’écoulement entre deux aubes adjacentes de cordes différentes.
PRESENTATION DES FIGURES
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d’exemple, et se référant aux figures suivantes, données à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables.
La est une représentation schématique d’un aéronef comprenant une turbomachine non carénée selon une forme de réalisation de l’invention.
La est une représentation schématique de la turbomachine non carénée de la comprenant un rotor et un stator.
La est une représentation schématique d’aubes du stator de la , en coupe dans un plan de révolution autour d’un axe longitudinal X.
La est une représentation schématique dans un plan transversal à l’axe longitudinal X, des aubes du stator de la dans l’exemple d’un rotor tournant selon un sens de rotation horaire.
La est une représentation schématique de la corde de chaque aube du stator de la dans le plan de révolution.
La est un graphique représentant l’évolution de la corde de chaque aube du stator de la en fonction de leur position angulaire dans le plan transversal.
La est une représentation schématique d’un deuxième exemple de répartition d’aubes allongées et raccourcies en fonction de leur position angulaire dans le cas d’un rotor tournant selon un sens de rotation inverse au sens horaire.
Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.

Claims (10)

  1. Aéronef (A) comprenant au moins une turbomachine (1) non carénée pour la propulsion de l’aéronef (A), la turbomachine (1) s’étendant selon un axe longitudinal (X) et étant configurée pour accélérer un flux d’air (F) circulant d’amont en aval, la turbomachine (1) comprenant un rotor (3) et un stator (4), monté en aval du rotor (3), le stator (4) comprenant une pluralité d’aubes de stator (5) pour redresser le flux d’air issu du rotor (3), s’étendant radialement par rapport à l’axe longitudinal (X) et réparties angulairement autour de l’axe longitudinal (X), chaque aube de stator (5) comprenant un bord d’attaque (5A) et un bord de fuite (5B) définissant entre eux une corde (C) dans un plan de révolution (PR) défini par rapport à l’axe longitudinal (X), chaque aube de stator (5) étant définie, dans un plan transversal (PT) à l’axe longitudinal (X), par une position angulaire (θ), le rotor (3) étant configuré pour tourner selon un sens de rotation prédéterminé par rapport à l’axe longitudinal (X), les positions angulaires (θ) des aubes de stator (5) étant définies sur une plage angulaire de 0-360°, la position angulaire 0° étant définie en position haute par rapport à un axe vertical (Z), les positions angulaires (θ) étant définies de manière croissante selon le sens de rotation prédéterminé du rotor (3), l’aéronef (A) étant caractérisé par le fait que le stator (4) de la turbomachine (1) comprend des aubes de stator (5) ayant une première corde (C1), appelées aubes classiques (51), et au moins une aube de stator (5) ayant une deuxième corde (C2), plus grande que la première corde (C1), appelée aube allongée (52), ladite au moins une aube allongée (52) étant positionnée dans une plage de montée (PM) définie entre 180° et 360°.
  2. Aéronef (A) selon la revendication 1, dans lequel le stator (4) comprend au moins deux aubes allongées (52) positionnées dans la plage de montée (PM).
  3. Aéronef (A) selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel la plage de montée (PM) est définie entre 210° et 330°.
  4. Aéronef (A) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel la plage de montée (PM) est définie entre 225° et 315°.
  5. Aéronef (A) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le stator (4) de la turbomachine (1) comprend au moins une aube de stator (5) ayant une troisième corde (C3), appelée aube raccourcie (53), la troisième corde (C3) étant plus petite que la première corde (C1) de manière à limiter le risque de sous chargement d’une aube, ladite au moins une aube raccourcie (53) est positionnée dans une plage de descente (PD), la plage de descente (PD) étant définie entre 0° et 180°.
  6. Aéronef (A) selon la revendication 5, dans lequel chaque aube raccourcie (53) est diamétralement opposée à une aube allongée (52).
  7. Aéronef (A) selon l’une des revendications 5 et 6, dans lequel, la première corde (C1) présentant une longueur, la troisième corde (C3) présente une longueur comprise entre 70% et 95% de la longueur de la première corde (C1).
  8. Aéronef (A) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel, la première corde (C1) présentant une longueur, la deuxième corde (C2) présente une longueur comprise entre 105% et 130% de la longueur de la première corde (C1).  
  9. Aéronef (A) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel la différence de corde (C) entre deux aubes de stator (5) adjacentes est inférieure ou égale à 25%.
  10. Aéronef (A) selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel, chaque aube de stator (5) présentant une épaisseur maximale (Ep) dans le plan de révolution (PR), l’épaisseur relative d’une aube de stator (5) correspondant au rapport de l’épaisseur maximale (Ep) sur la corde (C), la différence d’épaisseur relative entre deux aubes de stator (5) adjacentes ayant des cordes (C1, C2, C3) différentes, est inférieure ou égale à 25%.
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