FR3133646A1 - Aube pour une turbomachine d’aéronef - Google Patents
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Abstract
Aube (1) pour une turbomachine (2) d’aéronef, l’aube (1) comportant une pale (4) aérodynamique qui est délimitée verticalement par une extrémité interne (7) et une extrémité externe (8), la pale (4) étant délimitée transversalement par un bord d’attaque (9) et un bord de fuite (10), le bord d’attaque (9) comprenant une rangée (18) verticale de bosses (19) qui s’étend depuis l’extrémité interne (7) jusqu’à l’extrémité externe (8) de la pale (4), chaque bosse (19) s’étendant transversalement jusqu’à une extrémité arrondie qui présente un rayon R, caractérisée en ce que la hauteur transversale Hb d’une bosse (19) est supérieure ou égale à deux fois le rayon R de son extrémité arrondie, et en ce que chaque bosse (19) est distante d’une bosse (19) directement adjacente d’un pas vertical P qui est supérieur ou égal à quatre fois le rayon R de son extrémité arrondie. Figure pour l'abrégé : Figure 1
Description
La présente invention se rapporte au domaine général des aubes pour une turbomachine d’aéronef.
Classiquement, une turbine axiale de turbomachine comprend une succession d’étages axiaux disposés les uns derrière les autres. Chaque étage comporte une roue aubagée formant rotor et un distributeur aubagé formant stator.
A titre d’exemple, la roue aubagée peut comprendre un disque rotatif qui porte à sa périphérie une rangée annulaire d’aubes. Le distributeur aubagé peut quant à lui comprendre une pluralité de secteurs aubagés mis bout à bout, ces secteurs étant fixés à un carter externe.
Une aube mobile ou fixe comprend de manière générale une pale aérodynamique qui s'étend verticalement entre une extrémité interne et une extrémité externe suivant un axe vertical d’empilement. La pale est délimitée transversalement par un bord d’attaque et un bord de fuite, le bord d’attaque étant disposé en amont du bord de fuite suivant le sens d’écoulement des gaz autour de la pale.
Il est connu d’améliorer l’aérodynamisme d’une aube en intégrant des bosses sur son bord d’attaque. Plus précisément, ces bosses favorisent l’écoulement des gaz autour de la pale, et de manière plus générale dans la turbine, de façon à améliorer significativement son rendement.
Les motoristes cherchent aujourd’hui à optimiser le dimensionnement de ces bosses de façon à maximiser le rendement de chaque aube, et de manière plus générale celui de la turbine dans laquelle ces aubes sont montées.
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 aube pour une turbomachine d’aéronef, l’aube comportant une pale aérodynamique qui est délimitée verticalement par une extrémité interne et une extrémité externe, la pale étant délimitée transversalement par un bord d’attaque et un bord de fuite, le bord d’attaque comprenant une rangée verticale de bosses qui s’étend depuis l’extrémité interne jusqu’à l’extrémité externe de la pale, chaque bosse s’étendant transversalement jusqu’à une extrémité arrondie qui présente un rayon R, caractérisée en ce que la hauteur transversale Hb d’une bosse est supérieure ou égale à deux fois le rayon R de son extrémité arrondie, et en ce que chaque bosse est distante d’une bosse directement adjacente d’un pas vertical P qui est supérieur ou égal à quatre fois le rayon R de son extrémité arrondie.
Un tel dimensionnement des bosses permet d’optimiser au maximum l’écoulement des gaz autour de la pale, de manière à maximiser son rendement.
De manière plus générale, de telles bosses maximisent l’écoulement des gaz dans le dispositif (turbine ou compresseur) dans lequel ces aubes sont montées, au bénéfice de son rendement.
L’aube 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 :
- le pas vertical P entre deux bosses successives est décroissant depuis l’extrémité interne de la pale jusqu’à l’extrémité externe ;
- la hauteur transversale Hb propre des bosses est décroissante depuis l’extrémité interne de la pale jusqu’à l’extrémité externe ;
- chaque bosse s’amincit depuis une base de la bosse jusqu’à son extrémité arrondie ;
- les bosses sont raccordées les unes aux autres via des arrondis ;
- chacun des arrondis présente un rayon supérieur à 0,25 mm, et de préférence supérieur à 0,35 mm.
- le pas vertical P entre deux bosses successives est décroissant depuis l’extrémité interne de la pale jusqu’à l’extrémité externe ;
- la hauteur transversale Hb propre des bosses est décroissante depuis l’extrémité interne de la pale jusqu’à l’extrémité externe ;
- chaque bosse s’amincit depuis une base de la bosse jusqu’à son extrémité arrondie ;
- les bosses sont raccordées les unes aux autres via des arrondis ;
- chacun des arrondis présente un rayon supérieur à 0,25 mm, et de préférence supérieur à 0,35 mm.
La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’une aube telle que décrite précédemment, le procédé comprenant les étapes consistant à :
a1) réaliser une aube brute par moulage, l’aube brute comprenant une pale qui est délimitée transversalement par un bord d’attaque brut qui est régulier et le bord de fuite ;
b1) mettre en forme le bord d’attaque brut par enlèvement ou ajout de matière, pour obtenir le bord d’attaque muni des bosses.
a1) réaliser une aube brute par moulage, l’aube brute comprenant une pale qui est délimitée transversalement par un bord d’attaque brut qui est régulier et le bord de fuite ;
b1) mettre en forme le bord d’attaque brut par enlèvement ou ajout de matière, pour obtenir le bord d’attaque muni des bosses.
De façon optionnelle, l’étape b1) est réalisée par l’une des opérations suivantes :
- électroérosion via une électrode qui présente une forme complémentaire au bord d’attaque muni des bosses ;
- polissage ;
- fabrication additive.
- électroérosion via une électrode qui présente une forme complémentaire au bord d’attaque muni des bosses ;
- polissage ;
- fabrication additive.
La présente invention concerne en outre un procédé de fabrication d’une aube telle que décrite précédemment, le procédé comprenant l’une des étapes consistant à :
a2) réaliser l’aube par moulage via un moule qui comprend une empreinte creuse ayant la forme complémentaire de l’aube ;
a3) réaliser l’aube par fabrication additive, de préférence par frittage sélectif par laser.
a2) réaliser l’aube par moulage via un moule qui comprend une empreinte creuse ayant la forme complémentaire de l’aube ;
a3) réaliser l’aube par fabrication additive, de préférence par frittage sélectif par laser.
La présente invention concerne encore une turbine d’une turbomachine d’aéronef comprenant une aube telle que décrite précédemment.
La présente invention concerne enfin une turbomachine d’aéronef comportant une aube telle que décrite précédemment ou une turbine telle que décrite précédemment.
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 :
Sur la est représentée une aube 1 d’une turbomachine 2 d’aéronef, et plus précisément une aube 1 mobile d’une roue d’une turbine 3 de la turbomachine 2.
L’aube 1 est mobile en rotation autour d’un axe de rotation X qui est coaxial avec l’axe longitudinal de la turbine 3 et de la turbomachine 2.
L’aube 1 comprend une pale 4 aérodynamique s’étendant verticalement entre un pied interne 5 et un talon externe 6 suivant un axe vertical d’empilement Z. Plus précisément, la pale 4 est délimitée verticalement par une extrémité interne 7 (ou basse) accolée au pied 5 et une extrémité externe 8 (ou haute) accolée au talon 6.
La pale 4 est délimitée transversalement par un bord d’attaque 9 et un bord de fuite 10, le bord d’attaque 9 étant disposé en amont du bord de fuite 10 suivant le sens d’écoulement des gaz F autour de la pale 4.
Les bords d’attaque et de fuite 9, 10 relient une face intrados 11 et une face extrados 12 de la pale 4, ces faces intrados et extrados 11, 12 étant incurvées, et respectivement concave et convexe.
Dans la présente demande, les termes « intrados » et « extrados » associés aux différents éléments de l’aube 1 ont pour référence le côté intrados et le côté extrados.
Dans un plan transversal (plan perpendiculaire à l’axe d’empilement Z), la pale 4 est courbée suivant une ligne moyenne reliant le bord d’attaque 9 au bord de fuite 10.
Selon le mode de réalisation illustré sur les figures, le pied 5 comprend une plateforme interne 13 qui est reliée à un bulbe 14 via une échasse 15. La plateforme interne 13 délimite intérieurement une veine dans laquelle circulent les gaz F. Le bulbe 14 est configuré pour être engagé dans une alvéole complémentaire pratiquée dans un disque de la roue.
Le talon 6 comprend une plateforme externe 16 qui délimite extérieurement la veine dans laquelle circulent les gaz F et plusieurs léchettes 17 en saillie qui sont destinées à coopérer avec un bloc de matière abradable (par exemple une structure en nid d’abeille) fixé sur un carter externe de la turbine 3.
Le bord d’attaque 9 de l’aube 1 comprend une rangée 18 verticale de bosses 19 qui s’étend depuis l’extrémité interne 7 jusqu’à l’extrémité externe 8 de la pale 4. Chaque bosse 19 s’étend transversalement jusqu’à une extrémité arrondie 20 qui présente un rayon R.
Selon l’invention, la hauteur transversale Hb d’une bosse 19 est supérieure ou égale à deux fois le rayon R de son extrémité arrondie 20. En outre, chaque bosse 19 est distante d’une bosse 19 directement adjacente d’un pas vertical P qui est supérieur ou égal à quatre fois le rayon R de son extrémité arrondie 20.
Un tel dimensionnement des bosses 19 permet d’optimiser au maximum l’écoulement des gaz F autour de la pale 4, de manière à maximiser son rendement. De manière plus générale, de telles bosses 19 maximisent l’écoulement des gaz F dans la veine de la turbine 3, au bénéfice de son rendement.
Une rangée 18 de bosses 19 comprend un nombre suffisamment important de bosses 19 permettant de maximiser le rendement de la turbine, le nombre étant optimisé par calcul en fonction de l’étage de l’aube.
Avantageusement, et tel qu’illustré sur les figures, le bord d’attaque 9 comprend une unique rangée 18 verticale de bosses 19 qui s’étend depuis l’extrémité interne 7 jusqu’à l’extrémité externe 8 de la pale 4.
Le pas vertical P qui représente la distance verticale entre deux bosses 19 successives (ou consécutives) peut être constant ou variable.
Avantageusement, et tel qu’illustré sur les figures, le pas vertical P entre deux bosses 19 successives est décroissant depuis l’extrémité interne 7 de la pale 4 jusqu’à l’extrémité externe 8.
Les bosses 19 peuvent avoir des caractéristiques géométriques (forme, orientation, etc.) et dimensionnelles égales. Au contraire, en fonction des caractéristiques de l’écoulement des gaz F, chaque bosse 19 peut avoir des caractéristiques géométriques et dimensionnelles spécifiques suivant la hauteur de pale 4 (exprimée suivant l’axe vertical d’empilement Z).
Avantageusement, et tel qu’illustré sur les figures, la hauteur transversale Hb propre des bosses 19 est décroissante depuis l’extrémité interne 7 de la pale 4 jusqu’à l’extrémité externe 8.
Avantageusement, et tel qu’illustré sur les figures, chaque bosse 19 s’amincit depuis une base 21 de la bosse 19 jusqu’à son extrémité arrondie 20.
Avantageusement, et tel qu’illustré sur les figures, les bosses 19 sont raccordées les unes aux autres via des arrondis 22, de manière à optimiser l’aérodynamisme. Chacun des arrondis 22 présente un rayon supérieur à 0,25 mm, et de préférence supérieur à 0,35 mm.
Selon le mode de réalisation illustré sur les figures, le bord d’attaque 9 comprend une unique rangée 18 verticale de trente-huit bosses 19.
Chaque bosse 19 s’étend (ou est définie) transversalement suivant un axe d’allongement B depuis sa base 21 jusqu’à son extrémité arrondie 20.
Chaque bosse 19 présente une forme générale triangulaire avec une facette intrados 23 et une facette extrados 24 reliées l’une à l’autre via deux arrondis latéraux 25 et l’extrémité arrondie 20, l’extrémité arrondie 20 étant verticalement disposée entre les deux arrondis latéraux 25.
Chaque bosse 19 s’amincit (ou converge) depuis sa base 21 jusqu’à son extrémité arrondie 20, et autrement dit sa section se réduit le long de son axe d’allongement B, depuis sa base 21 jusqu’à son extrémité arrondie 20.
A hauteur équivalente, le rayon R de chacune des extrémités arrondies 20 peut correspondre au rayon d’un bord d’attaque régulier (ou non bosselé) d’une aube qui a été dimensionnée.
Dans la présente demande, la hauteur h de la pale 4 est une variable comprise entre 0 et Hp, où Hp représente la hauteur totale de la pale 4. La hauteur h de la pale 4 est exprimée suivant l’axe vertical d’empilement Z depuis l’extrémité interne 7 jusqu’à l’extrémité externe 8. Dans la suite de la description, la hauteur h est exprimée en fonction de la hauteur totale Hp de la pale 4. Une hauteur h50correspond à 50% de la hauteur totale Hp de la pale 4.
Selon le mode de réalisation illustré sur les figures, la bosse 19 située à une hauteur h10comprend une extrémité arrondie 20 présentant un rayon R égal à 0,825 mm. Suivant le dimensionnement de l’invention, cette bosse 19 doit présenter une hauteur transversale Hb qui est supérieure ou égale à 1,65 mm (deux fois le rayon R). Cette bosse 19 doit également être distante d’une bosse 19 directement adjacente d’un pas vertical P qui est supérieur ou égal à 3,3 mm (quatre fois le rayon R).
Selon le mode de réalisation illustré sur les figures, la bosse 19 située à une hauteur h50comprend une extrémité arrondie 20 présentant un rayon R égal à 0,571 mm. Suivant le dimensionnement de l’invention, cette bosse 19 doit présenter une hauteur transversale Hb qui est supérieure ou égale à 1,142 mm (deux fois le rayon R). Cette bosse 19 doit également être distante d’une bosse 19 directement adjacente d’un pas vertical P qui est supérieur ou égal à 2,284 mm (quatre fois le rayon R).
Selon le mode de réalisation illustré sur les figures, la bosse 19 située à une hauteur h90comprend une extrémité arrondie 20 présentant un rayon R égal à 0,382 mm. Suivant le dimensionnement de l’invention, cette bosse 19 doit présenter une hauteur transversale Hb qui est supérieure ou égale à 0,764 mm (deux fois le rayon R). Cette bosse 19 doit également être distante d’une bosse 19 directement adjacente d’un pas vertical P qui est supérieur ou égal à 1,528 mm (quatre fois le rayon R).
Avantageusement, et tel qu’illustré sur les figures, les bosses 19 sont venues de matière avec le corps de la pale 4, et autrement dit la pale 4 et l’aube 1 sont monoblocs ou d’un seul tenant. En variante, les bosses pourraient être rapportées sur le corps de la pale.
L’aube 1 telle que décrite précédemment peut être obtenue par un procédé comprenant les étapes consistant à :
a1) réaliser une aube brute par moulage, l’aube brute comprenant une pale qui est délimitée transversalement par un bord d’attaque brut qui est régulier (ou non bosselé) et le bord de fuite 10 ;
b1) mettre en forme le bord d’attaque brut par enlèvement ou ajout de matière, pour obtenir le bord d’attaque 9 muni des bosses 19 (ou bord d’attaque bosselé).
a1) réaliser une aube brute par moulage, l’aube brute comprenant une pale qui est délimitée transversalement par un bord d’attaque brut qui est régulier (ou non bosselé) et le bord de fuite 10 ;
b1) mettre en forme le bord d’attaque brut par enlèvement ou ajout de matière, pour obtenir le bord d’attaque 9 muni des bosses 19 (ou bord d’attaque bosselé).
Avantageusement, lors de l’étape a1), l’aube brute est réalisée par moulage en cire perdue.
L’étape b1) est réalisée par l’une des opérations suivantes :
- électroérosion via une électrode qui présente une forme complémentaire au bord d’attaque 9 muni des bosses 19 (ou bord d’attaque bosselé) ;
- polissage ;
- fabrication additive.
- électroérosion via une électrode qui présente une forme complémentaire au bord d’attaque 9 muni des bosses 19 (ou bord d’attaque bosselé) ;
- polissage ;
- fabrication additive.
Les opérations d’électroérosion et de polissage sont des opérations d’enlèvement de matière, et l’opération de fabrication additive est une opération d’ajout de matière.
L’aube 1 telle que décrite précédemment peut également être obtenue par un procédé comprenant une étape consistant à :
a2) réaliser l’aube 1 par moulage via un moule qui comprend une empreinte creuse ayant la forme complémentaire de l’aube 1.
a2) réaliser l’aube 1 par moulage via un moule qui comprend une empreinte creuse ayant la forme complémentaire de l’aube 1.
Avantageusement, lors de l’étape a2), l’aube 1 est réalisée par moulage en cire perdue.
L’aube 1 telle que décrite précédemment peut encore être obtenue par un procédé comprenant une étape consistant à :
a3) réaliser l’aube 1 par fabrication additive, de préférence par frittage sélectif par laser.
a3) réaliser l’aube 1 par fabrication additive, de préférence par frittage sélectif par laser.
L’aube 1 est par exemple réalisée dans un alliage à base de nickel.
Le dimensionnement selon l’invention s’applique ici à une aube 1 mobile d’une roue de turbine 3 mais il pourrait également s’appliquer à une aube fixe d’un distributeur de turbine. Un tel dimensionnement pourrait également s’appliquer à une aube mobile d’une roue de compresseur, ou bien encore à une aube fixe d’un redresseur de compresseur.
Claims (11)
- Aube (1) pour une turbomachine (2) d’aéronef, l’aube (1) comportant une pale (4) aérodynamique qui est délimitée verticalement par une extrémité interne (7) et une extrémité externe (8), la pale (4) étant délimitée transversalement par un bord d’attaque (9) et un bord de fuite (10), le bord d’attaque (9) comprenant une rangée (18) verticale de bosses (19) qui s’étend depuis l’extrémité interne (7) jusqu’à l’extrémité externe (8) de la pale (4), chaque bosse (19) s’étendant transversalement jusqu’à une extrémité arrondie (20) qui présente un rayon (R), caractérisée en ce que la hauteur transversale (Hb) d’une bosse (19) est supérieure ou égale à deux fois le rayon (R) de son extrémité arrondie (20), et en ce que chaque bosse (19) est distante d’une bosse (19) directement adjacente d’un pas vertical (P) qui est supérieur ou égal à quatre fois le rayon (R) de son extrémité arrondie (20).
- Aube (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le pas vertical (P) entre deux bosses (19) successives est décroissant depuis l’extrémité interne (7) de la pale (4) jusqu’à l’extrémité externe (8).
- Aube (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la hauteur transversale (Hb) propre des bosses (19) est décroissante depuis l’extrémité interne (7) de la pale (4) jusqu’à l’extrémité externe (8).
- Aube (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque bosse (19) s’amincit depuis une base (21) de la bosse (19) jusqu’à son extrémité arrondie (20).
- Aube (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les bosses (19) sont raccordées les unes aux autres via des arrondis (22).
- Aube (1) selon la revendication 5, caractérisée en ce que chacun des arrondis (22) présente un rayon supérieur à 0,25 mm, et de préférence supérieur à 0,35 mm.
- Procédé de fabrication d’une aube (1) selon l’une des revendications 1 à 6, le procédé comprenant les étapes consistant à :
a1) réaliser une aube brute par moulage, l’aube brute comprenant une pale qui est délimitée transversalement par un bord d’attaque brut qui est régulier et le bord de fuite (10) ;
b1) mettre en forme le bord d’attaque brut par enlèvement ou ajout de matière, pour obtenir le bord d’attaque (9) muni des bosses (19). - Procédé de fabrication selon la revendication 7, caractérisé en ce que l’étape b1) est réalisée par l’une des opérations suivantes :
- électroérosion via une électrode qui présente une forme complémentaire au bord d’attaque (9) muni des bosses (19) ;
- polissage ;
- fabrication additive. - Procédé de fabrication d’une aube (1) selon l’une des revendications 1 à 6, le procédé comprenant l’une des étapes consistant à :
a2) réaliser l’aube (1) par moulage via un moule qui comprend une empreinte creuse ayant la forme complémentaire de l’aube (1) ;
a3) réaliser l’aube (1) par fabrication additive, de préférence par frittage sélectif par laser. - Turbine (3) d’une turbomachine (2) d’aéronef comprenant une aube (1) selon l’une des revendications 1 à 6.
- Turbomachine (2) d’aéronef comprenant une aube (1) selon l’une des revendications 1 à 6 ou une turbine (3) selon la revendication 10.
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1536561A (fr) * | 1967-08-22 | 1968-08-16 | Gen Electric | Ailettes pour compresseur à écoulement axial |
| FR3073016A1 (fr) * | 2017-10-30 | 2019-05-03 | Safran Aircraft Engines | Modulation des serrations en extremite d'aube |
| FR3087482A1 (fr) * | 2018-10-18 | 2020-04-24 | Safran Aircraft Engines | Structure profilee pour aeronef ou turbomachine |
| US11156099B2 (en) * | 2017-03-28 | 2021-10-26 | General Electric Company | Turbine engine airfoil with a modified leading edge |
-
2022
- 2022-03-16 FR FR2202326A patent/FR3133646A1/fr active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1536561A (fr) * | 1967-08-22 | 1968-08-16 | Gen Electric | Ailettes pour compresseur à écoulement axial |
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