FR3130880A1 - Disque aubagé monobloc de turbomachine présentant un comportement vibratoire amélioré - Google Patents
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Abstract
Disque aubagé monobloc de turbomachine présentant un comportement vibratoire amélioré L’invention concerne un disque aubagé monobloc de turbomachine comprenant : -un corps s’étendant autour d’un axe central de rotation, -une pluralité d’aubes s’étendant radialement en éloignement de l’axe, depuis une périphérie externe du corps jusqu’à une extrémité radiale externe de l’aube formant un sommet d’aube, chacune des aubes possédant à son sommet d’aube une épaisseur (E) qui est prise perpendiculairement à l’extension radiale de l’aube et à une corde de l’aube (C). La pluralité d’aubes est répartie en deux familles d’aubes où: -chaque aube (22) de la première famille comporte un évidement (Ev) aménagé dans l’épaisseur du sommet d’aube suivant une profondeur d’évidement (G) et -chaque aube de la deuxième famille comporte un évidement aménagé dans l’épaisseur du sommet d’aube suivant une profondeur d’évidement maximum inférieure à la profondeur d’évidement maximum ou est dépourvu d’évidement. Figure pour l’abrégé : Fig. 5.
Description
Le présent exposé concerne le domaine des éléments à aubages et trouve, notamment, une application particulière pour des disques aubagés monoblocs, en particulier dans le cadre d’un disque aubagé monobloc de turbomachine d’aéronef.
Le présent exposé concerne notamment des disques aubagés monoblocs qui sont employés notamment dans des turbomachines telles que des turboréacteurs d’aéronef. Un disque aubagé monobloc est formé d’un disque rotatif avec des aubes montées en périphérie du disque et solidarisées au disque de manière à former un seul bloc avec ce dernier. Les disques aubagés monoblocs sont des éléments soumis à des phénomènes vibratoires qui peuvent avoir un impact significatif sur le fonctionnement de la turbomachine qui comporte un tel disque. On distingue deux types de phénomènes : les phénomènes synchrones et les phénomènes asynchrones.
Les phénomènes synchrones résultent d’une interaction entre la partie rotative qualifiée de rotor et la partie statique qualifiée de stator d’un système. La géométrie des éléments du stator crée un sillage excitateur sur les pièces du rotor qui sont en rotation. La fréquence de vibration est alors un multiple entier de la vitesse de rotation.
Les phénomènes asynchrones, quant à eux, correspondent à une excitation purement aérodynamique et la fréquence de vibration est donc indépendante de la vitesse de rotation du rotor.
Ce deuxième type de phénomène peut être particulièrement destructeur pour les aubages s’il est auto-induit, par exemple dans le cas du « flottement » (vibration d’une aube qui déplace l’air environnant, ce dernier faisant également bouger l’aube), phénomène bien connu de l’homme de l’art.
Afin de limiter les phénomènes asynchrones résultant du flottement, il est connu de réaliser un désaccordage volontaire (ou « detuning » en terminologie anglo-saxonne) qui consiste à former des groupes d’aubes ayant des propriétés vibratoires distinctes, par exemple des raideurs ou des masses distinctes, ce qui vient limiter la transmission d’énergie entre les différentes aubes et ainsi limiter le risque de flottement auto-induit.
On connaît des solutions pour désaccorder de manière volontaire les aubes d’un disque aubagé.
En particulier, il est connu de réaliser des aubes de géométries différentes sur un même disque aubagé. Cependant, cette solution s’avère difficile à mettre en œuvre dans la mesure où, d’une part, il faut concevoir pour un même disque aubagé deux types d’aubes répondant aux critères aéro-mécaniques et, d’autre part, il est nécessaire de gérer la transition aérodynamique entre les aubes de types différents qui sont présentes sur le disque.
On connaît également une solution qui consiste à réaliser des distributions d’épaisseur multimodales (surépaisseurs) dans une aube de disque aubagé comme décrit dans le document EP 3 315 722 A1.
Cette solution modifie l’épaisseur dans des zones où l’impact sur l’aérodynamisme de l’aube est significatif, ce qui peut donc s’avérer très délicat à maîtriser. En outre, cette solution s’avère relativement complexe à fabriquer.
On connaît également une autre solution du brevet FR 2 944 049 qui consiste à réaliser, pour une pluralité d’aubes d’un disque aubagé, des premières aubes qui comportent chacune, d’une part, une première zone avec un creux et, d’autre part, une deuxième zone avec un bossage et des secondes aubes qui comportent chacune, d’une part, une première zone en correspondance géométrique avec celle des premières aubes et qui présente un bossage et, d’autre part, une deuxième zone en correspondance géométrique avec celle des premières aubes et qui présente un creux. La première zone est par exemple proche du sommet de l’aube tandis que la deuxième zone est par exemple proche du pied de l’aube.
Bien que cette solution soit satisfaisante, elle nécessite toutefois d’avoir des aubes dont l’épaisseur est suffisante pour pouvoir réaliser un creux, notamment à proximité du pied de celle-ci. En outre, l’aérodynamisme de l’aube est impacté et la fabrication n’est pas aisée puisqu’il faut réaliser deux types d’aubes avec des géométries très marquées d’un type à l’autre.
Le présent exposé vise ainsi à répondre au moins partiellement à ces problématiques.
A cet effet, le présent exposé concerne un disque aubagé monobloc de turbomachine comprenant :
-un disque s’étendant autour d’un axe central de rotation et présentant une périphérie externe,
-une pluralité d’aubes qui s’étendent chacune radialement relativement à l’axe central de rotation et en éloignement de celui-ci, depuis la périphérie externe du disque jusqu’à une extrémité radiale externe de l’aube formant un sommet d’aube, chacune des aubes possédant à son sommet d’aube une épaisseur E qui est une dimension prise perpendiculairement à l’extension radiale de l’aube et à une corde de l’aube C, caractérisé par une pluralité d’aubes répartie en deux familles d’aubes :
- une première famille d’aubes dans laquelle chacune des aubes comporte à son sommet au moins un évidement qui est aménagé dans l’épaisseur du sommet d’aube suivant une profondeur d’évidement et
-une deuxième famille d’aubes dans laquelle :
-chacune des aubes comporte à son sommet au moins un évidement qui est aménagé dans l’épaisseur du sommet d’aube suivant une profondeur d’évidement maximum inférieure à la profondeur d’évidement maximum du sommet des aubes de la première famille d’aubes, ou
- chacune des aubes est dépourvue d’évidement à son sommet.
Cette configuration de disque aubagé monobloc génère, lors du fonctionnement du disque, un écart fréquentiel entre les deux familles d’aubes, ce qui permet d’atténuer, voire de supprimer dans certaines circonstances, la réponse vibratoire des aubes au phénomène de flottement décrit plus haut. Cette configuration de disque aubagé monobloc est simple à concevoir et à fabriquer. La réalisation d’au moins un évidement en sommet d’aube a très peu d’impact sur l’aérodynamisme de l’aube, contrairement à des configurations de l’art antérieur où la géométrie de l’aube est modifiée en pied d’aube et/ou dans la partie centrale de l’aube.
-un disque s’étendant autour d’un axe central de rotation et présentant une périphérie externe,
-une pluralité d’aubes qui s’étendent chacune radialement relativement à l’axe central de rotation et en éloignement de celui-ci, depuis la périphérie externe du disque jusqu’à une extrémité radiale externe de l’aube formant un sommet d’aube, chacune des aubes possédant à son sommet d’aube une épaisseur E qui est une dimension prise perpendiculairement à l’extension radiale de l’aube et à une corde de l’aube C, caractérisé par une pluralité d’aubes répartie en deux familles d’aubes :
- une première famille d’aubes dans laquelle chacune des aubes comporte à son sommet au moins un évidement qui est aménagé dans l’épaisseur du sommet d’aube suivant une profondeur d’évidement et
-une deuxième famille d’aubes dans laquelle :
-chacune des aubes comporte à son sommet au moins un évidement qui est aménagé dans l’épaisseur du sommet d’aube suivant une profondeur d’évidement maximum inférieure à la profondeur d’évidement maximum du sommet des aubes de la première famille d’aubes, ou
- chacune des aubes est dépourvue d’évidement à son sommet.
Cette configuration de disque aubagé monobloc génère, lors du fonctionnement du disque, un écart fréquentiel entre les deux familles d’aubes, ce qui permet d’atténuer, voire de supprimer dans certaines circonstances, la réponse vibratoire des aubes au phénomène de flottement décrit plus haut. Cette configuration de disque aubagé monobloc est simple à concevoir et à fabriquer. La réalisation d’au moins un évidement en sommet d’aube a très peu d’impact sur l’aérodynamisme de l’aube, contrairement à des configurations de l’art antérieur où la géométrie de l’aube est modifiée en pied d’aube et/ou dans la partie centrale de l’aube.
Selon des caractéristiques possibles :
- chacune des aubes comportant un bord d’attaque et un bord de fuite, ledit au moins un évidement est positionné de manière centrée entre le bord d’attaque et le bord de fuite de l’aube ;
- chacune des aubes comportant un bord d’attaque et un bord de fuite, ledit au moins un évidement est positionné de manière décentrée entre le bord d’attaque et le bord de fuite de l’aube ;
- ledit au moins un évidement est ouvert sur l’extérieur de l’aube en s’éloignant de l’aube suivant une direction radiale ;
- ledit au moins un évidement des aubes de la première famille d’aubes est aménagé dans l’épaisseur du sommet d’aube suivant une profondeur d’évidement maximum comprise entre 5% et 90% de cette épaisseur, plus particulièrement entre 40% et 90% de cette épaisseur ;
- ledit au moins un évidement des aubes de la deuxième famille d’aubes est aménagé dans l’épaisseur du sommet d’aube suivant une profondeur d’évidement maximum comprise entre 0 et 5% de cette épaisseur;
-ledit au moins un évidement est aménagé dans le sommet d’aube suivant une dimension radiale ou hauteur B qui s’étend en direction de la périphérie externe du disque jusqu’à 25% de l’extension radiale ou hauteur de l’aube ;
-chacune des aubes comportant un bord d’attaque et un bord de fuite, ledit au moins un évidement est aménagé dans le sommet d’aube suivant une dimension longitudinale ou longueur D qui est prise suivant une direction d’une corde de l’aube et qui s’étend entre le bord d’attaque et le bord de fuite de l’aube ;
- la dimension longitudinale ou longueur D dudit au moins un évidement est comprise entre 5% et 95% de la corde de l’aube C ;
- ledit au moins un évidement est positionné du côté de l’intrados de l’aube ;
- ledit au moins un évidement est positionné du côté de l’extrados de l’aube ;
- chacune des aubes comporte à son sommet d’aube au moins un évidement localisé du côté de l’intrados de l’aube et au moins un évidement localisé du côté de l’extrados de l’aube ;
- au moins une des aubes de la première famille ou de la seconde famille d’aubes comporte à son sommet d’aube plusieurs évidements.
- chacune des aubes comportant un bord d’attaque et un bord de fuite, ledit au moins un évidement est positionné de manière centrée entre le bord d’attaque et le bord de fuite de l’aube ;
- chacune des aubes comportant un bord d’attaque et un bord de fuite, ledit au moins un évidement est positionné de manière décentrée entre le bord d’attaque et le bord de fuite de l’aube ;
- ledit au moins un évidement est ouvert sur l’extérieur de l’aube en s’éloignant de l’aube suivant une direction radiale ;
- ledit au moins un évidement des aubes de la première famille d’aubes est aménagé dans l’épaisseur du sommet d’aube suivant une profondeur d’évidement maximum comprise entre 5% et 90% de cette épaisseur, plus particulièrement entre 40% et 90% de cette épaisseur ;
- ledit au moins un évidement des aubes de la deuxième famille d’aubes est aménagé dans l’épaisseur du sommet d’aube suivant une profondeur d’évidement maximum comprise entre 0 et 5% de cette épaisseur;
-ledit au moins un évidement est aménagé dans le sommet d’aube suivant une dimension radiale ou hauteur B qui s’étend en direction de la périphérie externe du disque jusqu’à 25% de l’extension radiale ou hauteur de l’aube ;
-chacune des aubes comportant un bord d’attaque et un bord de fuite, ledit au moins un évidement est aménagé dans le sommet d’aube suivant une dimension longitudinale ou longueur D qui est prise suivant une direction d’une corde de l’aube et qui s’étend entre le bord d’attaque et le bord de fuite de l’aube ;
- la dimension longitudinale ou longueur D dudit au moins un évidement est comprise entre 5% et 95% de la corde de l’aube C ;
- ledit au moins un évidement est positionné du côté de l’intrados de l’aube ;
- ledit au moins un évidement est positionné du côté de l’extrados de l’aube ;
- chacune des aubes comporte à son sommet d’aube au moins un évidement localisé du côté de l’intrados de l’aube et au moins un évidement localisé du côté de l’extrados de l’aube ;
- au moins une des aubes de la première famille ou de la seconde famille d’aubes comporte à son sommet d’aube plusieurs évidements.
Le présent exposé concerne également une turbomachine comprenant un disque aubagé monobloc de turbomachine tel que défini précédemment.
L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples non limitatifs.
Claims (14)
- Disque aubagé monobloc (1) de turbomachine comprenant :
-un corps de disque (10) s’étendant autour d’un axe central de rotation (X-X) et présentant une périphérie externe,
-une pluralité d’aubes (20) qui s’étendent chacune radialement relativement à l’axe central de rotation et en éloignement de celui-ci, depuis la périphérie externe du corps de disque jusqu’à une extrémité radiale externe de l’aube formant un sommet d’aube, chacune des aubes (20) possédant à son sommet d’aube une épaisseur (E) qui est une dimension prise perpendiculairement à l’extension radiale de l’aube et à une corde de l’aube (C), caractérisé en ce que la pluralité d’aubes est répartie en deux familles d’aubes :
- une première famille d’aubes dans laquelle chacune des aubes (22 ;32) comporte à son sommet au moins un évidement (Ev ; Ev’ ;Ev’’) qui est aménagé dans l’épaisseur du sommet d’aube suivant une profondeur d’évidement (G) et
- une deuxième famille d’aubes dans laquelle :
chacune des aubes (24 ;34) comporte à son sommet au moins un évidement (Ev’’’) qui est aménagé dans l’épaisseur du sommet d’aube suivant une profondeur d’évidement (G’) maximum inférieure à la profondeur d’évidement (G) maximum du sommet des aubes de la première famille d’aubes, ou
- chacune des aubes est dépourvue d’évidement à son sommet. - Disque aubagé monobloc de turbomachine selon la revendication 1, caractérisé en ce que, chacune des aubes comportant un bord d’attaque (BA) et un bord de fuite (BF), ledit au moins un évidement (Ev ; Ev’ ;Ev’’’) est positionné de manière centrée entre le bord d’attaque et le bord de fuite de l’aube.
- Disque aubagé monobloc de turbomachine selon la revendication 1, caractérisé en ce que, chacune des aubes comportant un bord d’attaque(BA) et un bord de fuite (BF), ledit au moins un évidement (Ev’’) est positionné de manière décentrée entre le bord d’attaque et le bord de fuite de l’aube.
- Disque aubagé monobloc de turbomachine selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un évidement (Ev ; Ev’ ;Ev’’ ;Ev’’’) est ouvert sur l’extérieur de l’aube en s’éloignant de l’aube suivant une direction radiale.
- Disque aubagé monobloc de turbomachine selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un évidement (Ev ; Ev’ ;Ev’’) des aubes (22 ; 32) de la première famille d’aubes est aménagé dans l’épaisseur du sommet d’aube suivant une profondeur d’évidement maximum comprise entre 5% et 90% de cette épaisseur, plus particulièrement entre 40% et 90% de cette épaisseur.
- Disque aubagé monobloc de turbomachine selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit au moins un évidement (Ev’’’) des aubes (24 ; 34) de la deuxième famille d’aubes est aménagé dans l’épaisseur du sommet d’aube suivant une profondeur d’évidement maximum comprise entre 0 et 5% de cette épaisseur.
- Disque aubagé monobloc de turbomachine selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un évidement (Ev ; Ev’ ;Ev’’ ;Ev’’’) est aménagé dans le sommet d’aube suivant une dimension radiale ou hauteur (B) qui s’étend en direction de la périphérie externe du disque jusqu’à 25% de l’extension radiale ou hauteur de l’aube.
- Disque aubagé monobloc de turbomachine selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, chacune des aubes comportant un bord d’attaque (BA) et un bord de fuite (BF), ledit au moins un évidement (Ev ; Ev’ ;Ev’’ ;Ev’’’) est aménagé dans le sommet d’aube suivant une dimension longitudinale ou longueur (D) qui est prise suivant une direction d’une corde (C) de l’aube et qui s’étend entre le bord d’attaque et le bord de fuite de l’aube.
- Disque aubagé monobloc de turbomachine selon la revendication 8, caractérisé en ce que la dimension longitudinale ou longueur (D) dudit au moins un évidement (Ev ; Ev’ ;Ev’’ ;Ev’’’) est comprise entre 5% et 95% de la corde de l’aube (C).
- Disque aubagé monobloc de turbomachine selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un évidement (Ev ; Ev’ ;Ev’’ ;Ev’’’) est positionné du côté de l’intrados de l’aube.
- Disque aubagé monobloc de turbomachine selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit au moins un évidement est positionné du côté de l’extrados de l’aube.
- Disque aubagé monobloc de turbomachine selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que chacune des aubes comporte à sa tête d’aube au moins un évidement (Ev) localisé du côté de l’intrados de l’aube et au moins un évidement (Ev’) localisé du côté de l’extrados de l’aube.
- Disque aubagé monobloc de turbomachine selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins une des aubes de la première famille et/ou de la deuxième famille d’aubes comporte à son sommet d’aube plusieurs évidements.
- Turbomachine comprenant un disque aubagé monobloc de turbomachine (1) selon l’une des revendications précédentes.
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