WO2015092263A1 - Pièce de turbomachine à surface non-axisymétrique - Google Patents

Pièce de turbomachine à surface non-axisymétrique Download PDF

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WO2015092263A1
WO2015092263A1 PCT/FR2014/053373 FR2014053373W WO2015092263A1 WO 2015092263 A1 WO2015092263 A1 WO 2015092263A1 FR 2014053373 W FR2014053373 W FR 2014053373W WO 2015092263 A1 WO2015092263 A1 WO 2015092263A1
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WO
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curve
control point
extremal
intrados
extrados
Prior art date
Application number
PCT/FR2014/053373
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English (en)
Inventor
Benjamin LUKOWSKI
Esteban BERNARDOS-CHAMAGNE
Matthieu Jean Luc VOLLEBREGT
Original Assignee
Snecma
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Publication date
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Priority to US15/105,453 priority patent/US10344771B2/en
Priority to JP2016541268A priority patent/JP6576927B2/ja
Priority to RU2016129369A priority patent/RU2672990C1/ru
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/325—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow fans
    • F04D29/329—Details of the hub
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • F01D5/142—Shape, i.e. outer, aerodynamic form of the blades of successive rotor or stator blade-rows
    • F01D5/143—Contour of the outer or inner working fluid flow path wall, i.e. shroud or hub contour
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps

Definitions

  • the present invention relates to a turbomachine part comprising blades and a platform having a non-axisymmetric surface.
  • a blower (or “fan”) is a rotating part of large diameter at the inlet of a turbofan engine formed of a substantially conical hub (the “spinner”) on which are fixed radially extending blades, such visible on the left of Figure 1 (reference 1).
  • the blower compresses a large mass of cold air, partially injected into the compressor, the remainder forming a cylindrical flow enveloping the engine and directed rearwardly to create thrust.
  • the optimization of the performance and performance of a blower passes in particular by increasing the mass flow through the blades.
  • the parameters of the fan blade or to modify the walls of the vein that is to say the set of channels between the blades for the flow of fluid (in other words the inter-blade sections), in particular at the level of the hub ("fan foot”, that is to say the part of the fan which is in front of the primary, the first wheel of the booster, in in other words the part of the fan blade that will directly supply the low-pressure air compressor and which is therefore the first mobile wheel thereof).
  • axisymmetric geometries (an example of which is represented in FIG. 2a) of these walls remain perfectible: the search for an aeromechanical geometrical optimum on the "feet of fan "(that is to say at the base of the blades, at the junction with the hub) leads today to obtain parts having a locally non-axisymmetric wall (that is to say that a section along a plane perpendicular to the axis of rotation is not circular) at the level of the vein, in view of the particular conditions that prevail there.
  • the non-axisymmetric vein defines a generally annular surface of a three-dimensional space (a "slice" of the turbomachine).
  • the patent application EP1 126132 thus proposes a non-axisymmetric vein geometry (see FIG. 2b) in which the wall of a blade platform (in other words the local surface of the hub of the fan at which the blade is fixed) has in particular a hollow extending along the blades.
  • this non-axisymmetric vein degraded the performance of the flow through the fan. Indeed, starting from a "healthy" situation of the flow with an axisymmetric vein, the establishment of the non-axisymmetric vein has shown after calculations of the Navier-Stockes 3D type of the important aerodynamic detachments in foot of fan at the trailing edge of the blades. Due to this negative aerodynamic effect, the fan's performance was degraded and this aerodynamic detachment was very restrictive for the fan's operability (performance, compression ratio and power supply of the booster in particular).
  • the present invention thus proposes a part or set of turbomachine parts comprising at least first and second blades, and a platform from which the blades extend, characterized in that the platform has a non-axisymmetric surface limited by a first and a second extremal plane, and defined by at least two class C 1 construction curves each representing the value of a radius of said surface as a function of a position between the intrados of the first blade and the extrados of the second blade in a plane substantially parallel to the extremal planes, of which:
  • each construction curve being defined by at least one extremal intrados control point and an extrados extremal control point, respectively on each of the first and second blades between which said surface extends, such that:
  • Any other tangent to a building curve at an extremal control point is inclined at least 5 °.
  • Each upstream curve is associated with an axial position along the blade rope such that the curves are located at regular intervals in terms of the relative length of the blade rope;
  • the surface is defined by four upstream curves including a first attack curve, a second attack curve, a first central curve and a second central curve;
  • Each construction curve is further defined by an intermediate intrados control point and an extrados intermediate control point, respectively close to the first and second blades between which said surface extends, and each located between the points extremal control of the construction curve, such as:
  • the extremal and intermediate extrados control points of the downstream curve have an abscissa difference of at least 15 mm; - all the other extremal and intermediate control points of extrados or intrados of a construction curve have a difference of abscissa of at most 20 mm;
  • the extremal and intermediate extrados control points of the downstream curve have a difference in abscissa of between 15 and 30 mm;
  • the extremal and intermediate intrados control points of the downstream curve have a difference in abscissa of between 5 and 15 mm;
  • each construction curve is entirely determined by eight parameters including:
  • the parameterization being implemented according to one or more parameters defining at least one of the extreme control points; (b) determining optimized values of said parameters of said curve;
  • the part or set of parts is a fan for a turbomachine with a double flow.
  • the invention relates to a turbomachine comprising a part or set of parts according to the first aspect.
  • FIG. 1 previously described represents an example of a turbomachine
  • FIGS. 2a-2b previously described illustrate two known examples of fan foot geometries with and without non-axisymmetric platform
  • FIGS. 3a-3b show a preferred embodiment of a part according to the invention.
  • FIG. 4 represents a preferred embodiment of a part according to the invention.
  • the present piece 1 (or set of parts if it is not a monobloc) of a turbomachine has at least two consecutive blades 3E, 31 and a platform 2, from which the blades 3E extend, 31.
  • the term platform is here interpreted in the broad sense and refers generally to any element of a turbomachine on which blades 3E, 31 are able to be mounted (extending radially) and having a wall against which the air circulates.
  • the platform 2 may be one-piece or formed of a plurality of elementary members each supporting a single blade 3E, 31 (a "foot” of the blade) so as to constitute a blade of the type of those shown in FIG. 3a.
  • these are “reported” platforms, that is to say separate blades (they are independent parts).
  • integrated platforms (which will be mentioned again later) for which each blade is linked to a "half" platform, and the junction between two neighboring platforms is then in the middle of the vein. It will be understood that the present invention is not limited to any particular structure of platform 2.
  • the platform 2 delimits a radially inner wall of the part 1 (the air passes around) by defining a hub.
  • the piece 1 or set of parts is advantageously a fan.
  • the present part 1 is distinguished by a particular geometry (non-axisymmetric) of a surface S of a platform 2 of the part 1, of which we observe an example of advantageous modeling in Figures 3a and 3b.
  • the surface S extends between two blades 3E, 31 (shown in FIG. 3a, but not in FIG. 3b to better observe the surface S. However, their base is found, which limits it tangentially.
  • the surface S is indeed part of a larger surface defining a substantially toroidal shape around the part 1, which is here as explained the fan.
  • the wall consists of a plurality duplicate identical surfaces between each pair of blades 3E, 31.
  • the surfaces S ' also visible in FIGS. 3a and 3b are thus a duplication of the surface S.
  • This structure corresponds to an embodiment of the "integrated platforms" type mentioned above, in which the platform 2 is composed of a plurality of elementary members. Each of these elementary members forms the vein at the foot of the blade Fan. The vein at the foot of blade Fan thus extends on both sides of the blade 3E, 31, from which the surface S comprises juxtaposed surfaces associated with two distinct blade roots. Piece 1 is then a set of at least two vanes (blade / vein assembly at the bottom of the blade) juxtaposed. As already indicated, it will be understood that the present invention is not limited to any particular structure of platform 2.
  • the surface S is limited upstream by a first extremal plane, the "separation plane” PS and downstream by a second extremal plane, the "plane of connection” PR, which each define an axisymmetric, continuous and continuous derivative contour (the curve corresponding to the intersection between each of the planes PR and PS and the surface of the part 1 as a whole is closed and forms a loop).
  • the surface S has substantially the shape of a "parallelogram" which has two curved sides, and extends axially (along the motor axis) between the two end planes PS, PR, and tangentially between the two blades 3E, 31 of a couple of consecutive blades. One of the blades of this pair of blades is the first blade 31, or blade of intrados.
  • the other blade is the second blade 3E, or blade of extrados. In fact, it has its extrados on the surface S.
  • Each "second blade” 3E is the "first blade” 31 of a neighboring surface such as the surface S 'in FIG. 2 (since each blade 3E, 31 has a lower surface and an extrados).
  • Surface S is defined by building curves, also called "Construction Plans”. At least two, advantageously three or even four, and preferably five (or even more) PC-1, PC-2, PC-3, PC-4 and PC-5 construction curves are required to obtain the geometry of the present invention. In the remainder of the present description we will take the preferred example of five curves (including four "upstream” curves (a first PC-1 drive curve, a second PC-2 drive curve, a first curve). PC-3 central and a second PC-4 central curve), and a "downstream” curve PC-5), but it will be understood that only one upstream curve among the curves PC-1, PC-2, PC-3, PC-2 4 and a PC-5 downstream curve (see below) are essential for the definition of the non-axisymmetric S surface.
  • each construction curve is a curve of class C 1 representing the value of a radius of said surface S (value of this variable radius, by definition of a non-axisymmetric platform) as a function of a position between the intrados of the first blade 31 and the extrados of the second blade 3E in a plane parallel to the extremal planes PS, PR.
  • radius means the distance between a point of the surface and the axis of the part 1, as can be seen for example in Figure 4, which shows an example of a construction curve which will be described in more detail below.
  • An axisymmetric surface thus has a constant radius, by definition
  • the non-axisymmetric fan foot geometries (both the present geometry and those known from the state of the art) define a "digging" of the platform.
  • its construction curves have a "U” shape, with 3 parts: 2 "flanks” (intrados and extrados) and the "bottom” of the non-axisymmetric vein, which is the most hollow part of the vein. This geometry is visible in FIG.
  • the inventors have discovered that the problems of separation of the known geometries were due to very strong "slopes" at the flanks, in particular near the trailing edge of the extrados blade.
  • the present geometry therefore has a reduced slope at this location.
  • the building curves are arranged on substantially parallel planes, which form "axial" planes since they are orthogonal to the axis of the part 1.
  • the first or the first curves PC-1, PC-2, PC-3, PC-4 are "upstream” curves because disposed near the leading edge BA of the blades 3E, 31 between which it extends (even if this set includes both attack curves (located very close to the leading edge BA) as central curves located in the intermediate portion of the blades 31, 3E).
  • the last curve PC-5 is a curve "Downstream", or "leakage” curve, as arranged near the trailing edge of the blades 3E FF 31, between which it extends.
  • downstream curve PC-5 is associated with an axial position situated between 50% and 80% in relative length of blade rope 3E, 31.
  • the upstream curve (s) PC-1, PC-2, PC-3, PC-4 are associated with a position located at a relative length of blade rope 3E, 31 lower than that of the PC-5 downstream curve.
  • all the building curves are associated with axial positions arranged at regular intervals along the blade rope 3E, 31, for example every 25% in the case of four curves, or 20% in the case of five curves. so as to be able to draw the flank shapes desired by the designer of the platform (too few construction curves limit the possible shapes)
  • the first curve PC-1 drive is associated with an axial position located at 0% relative length of blade rope 3E
  • the second PC-2 drive curve is associated with an axial position located at about 20% relative length of blade rope 3E
  • the first central curve PC-3 is associated with an axial position located at about 40% relative length of blade rope 3E
  • the second central curve PC-4 is associated with an axial position located at about 60% relative length of blade rope 3E
  • the downstream curve PC-5 is associated with an axial position located at about 80% relative length of blade rope 3.
  • the PC-1, PC-2, PC-3, PC-4 upstream curves can be arranged anywhere on the front part of the vein.
  • each curve has a specific geometry designed to limit the slope at the trailing edge BF, in particular the PC-5 downstream curve.
  • Each construction curve PC-1, PC-2, PC-3, PC-4, PC-5 is typically a spline consisting of 3 parts: the 2 sides and the bottom of the vein, as previously mentioned.
  • the points ⁇ Po, PI. .. PN ⁇ are called "implicit" control points of the curve and are the variables by which a construction curve can be parameterized.
  • Each construction curve PC-1, PC-2, PC-3, PC-4, PC-5 is thus defined by at least one extremal intrados control point and an extremal extrados control point, respectively on each of the first and second blades 31, 3E between which said surface S extends.
  • PC-4, PC-5 is furthermore advantageously defined by an intermediate control point of intrados and an intermediate control point of extrados, respectively close to the first and second blades 31, 3E between which said surface S extends, and each located between the extreme control points of the PC-1, PC-2, PC-3, PC-
  • the parameter or parameters defining a control point are thus chosen from an abscissa of the point, an ordinate of the point, a tangent orientation to the curve at the point and a point (in the case of an extremal control point, one does not can take into account that half-tangent in the field of definition of the curve, left or right following the point) or two (in the case of an intermediate control point) voltage coefficients each associated with a half tangent to the curve at the point.
  • any other tangent to an upstream curve PC-1, PC-2, PC-3, PC-4, or any other tangent to a construction curve PC-1, PC-2, PC-3, PC-4, PC -5 (in other words including the tangent to the PC-5 downstream curve at the endal control point of the intrados) at a control point extremal is inclined at least 5 ° (and preferably at most 30 °).
  • At least one PC-1, PC-2, PC-3, PC-4 upstream curve has tangents at its extremal control points inclined by at least 20 °. In the case of four upstream curves, it is the second PC-2 attack curve (which has the highest inclinations of all the building curves).
  • any tangent to an upstream curve PC1, PC-2, PC-3, PC-4 at the extreme pressure intrados control point is more inclined than the tangent to the PC-5 downstream curve at the control point extremal of intrados.
  • the inclination of intrados can be decreasing by traversing the vein (whereas it is known that it is increasing), or increasing and then decreasing.
  • At least two PC-1, PC-2, PC-3, PC-4 upstream curves are such that the inclination of the tangents to each construction curve PC-1, PC-2, PC-3 , PC-4, PC-5 at the endal control point of the intrados then decreases while traversing the PC-1, PC-2, PC-3, PC-4, PC-5 construction curves of the leading edge (BA) at the edge leakage of the blade 31, 3E.
  • the maximum inclination of the tangent at the end-point control point is reached for a curve other than the first PC-1 drive curve and the PC-5 downstream curve. In practice this maximum is reached at the level of the second PC-2 attack curve (see below).
  • each construction curve PC-1, PC-2, PC-3, PC-4, PC-5 is defined by eight parameters among all the parameters mentioned before.
  • the last four parameters are the voltage coefficient of a half-tangent left to the curve at the intermediate control point of extrados, the voltage coefficient of a half -tangent straight to the curve at the Extrados upper control point, the tension coefficient from a left half tangent to the curve at the endal control point of intrados, and the tension coefficient of one half straight tangent to the curve at the intermediate intrados control point.
  • All voltage coefficients associated with a half-tangent at a control point can be equal across all PC-1, PC-2, PC-3, PC-4, PC-5 construction curves.
  • the extremal and intermediate extrados control points of the PC-5 downstream curve have an abscissa difference of at least 15 mm;
  • control points of a PC-1, PC-2, PC-3, PC-4, PC-5 construction curve (thus including the control points extremal and intermediate intrados of the downstream curve PC-5) have an abscissa difference of at most 20 mm, and advantageously at most 15 mm.
  • the extremal and intermediate extrados control points of the PC-5 downstream curve have an abscissa difference of between 15 and 25 mm, and advantageously between 15 and 20 mm;
  • the endal and intermediate intrados control points of the PC-5 downstream curve have a difference in abscissa of between 5 and 15 mm, advantageously between 5 and 10 mm.
  • the parameterization being implemented according to one or more parameters defining at least one of the extreme control points (advantageously all or part of the eight parameters mentioned previously);
  • Some parameters of the extremal or intermediate control points for example the inclination intervals of the tangents, are fixed so as to respect the desired slope conditions.
  • criteria can be chosen as criteria to be optimized when modeling each curve.
  • it is possible to try to maximize mechanical properties such as resistance to mechanical stresses, frequency responses, blade displacements 3E, 31, aerodynamic properties such as efficiency, pressure rise, capacity flow rate or pumping margin, etc.
  • optimization consists in varying (generally randomly) these various parameters under stress, until they determine their optimal values for a predetermined criterion.
  • a “smoothed" curve is then obtained by interpolation from the determined crossing points.
  • the number of calculations required is then directly related to the number of input parameters of the problem. Indeed, most often the number of calculation for a correct answer surface is two power the number of parameters
  • connection curve (visible for example in FIG. 2b), which can be the subject of a specific modeling, notably also via the use of splines and user control points.
  • FIG. 5b clearly shows the appearance of a "pocket" of negative axial speed at the trailing edge BF, representative of a peeling phenomenon.

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Abstract

La présente invention concerne une pièce (1) ou ensemble de pièces de turbomachine comprenant au moins des première et deuxième pales (3I, 3E), et une plateforme (2) à partir de laquelle s'étendent les pales (3I, 3E), caractérisé en ce que la plateforme (2) présente une surface (S) non- axisymétrique limitée par un premier et un deuxième plan extrémal (PS, PR), et définie par au moins deux courbes de construction de classe C représentant chacune la valeur d'un rayon de ladite surface (S) en fonction d'une position entre l'intrados de la première pale (3I) et l'extrados de la deuxième pale (3E) selon un 1 plan sensiblement parallèle aux plans extrémaux (PS, PR), dont au moins une courbe amont et une courbe aval; chaque courbe de construction étant définie par au moins un point de contrôle extrémal d'intrados et un point de de contrôle extrémal d'extrados tels que: -La tangente à la courbe aval en le point de contrôle extrémal d'extrados 20 est inclinée d'au plus 5°; -Toute autre tangente à une courbe de construction en un point de contrôle extrémal est inclinée d'au moins 5°.

Description

Pièce de turbomachine à surface non-axisymétrique
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention concerne une pièce de turbomachine comprenant des pales et une plateforme présentant une surface non- axisymétrique.
ETAT DE L'ART
Une soufflante (ou « fan »), est une pièce tournante de grand diamètre en entrée d'une turbomachine à double flux formée d'un moyeu sensiblement conique (le « spinner ») sur lequel sont fixées des aubes s'étendant radialement, telle que visible sur la gauche de la figure 1 (référence 1 ). La soufflante comprime une grande masse d'air froid, partiellement injectée dans le compresseur, le reste formant un écoulement cylindrique enveloppant le moteur et dirigé vers l'arrière pour créer de la poussée.
L'optimisation du rendement et des performances d'une soufflante passe en particulier par l'augmentation du débit massique passant à travers les aubes.
Pour augmenter ce débit massique, il est possible de modifier les paramètres de l'aube fan ou alors de modifier les parois de la veine, c'est-à- dire l'ensemble des canaux entre les aubes pour l'écoulement de fluide (en d'autres termes les sections inter-aubes), en particulier au niveau du moyeu (« pied de fan », c'est-à-dire la partie du fan qui est en face du primaire, la première roue du booster, en d'autres termes la partie de l'aube fan qui va alimenter directement le compresseur basse pression en air et qui constitue donc la première roue mobile de celui-ci).
II a en effet été constaté que des géométries axisymétriques (dont un exemple est représenté par la figure 2a) de ces parois restent perfectibles : la recherche d'un optimum géométrique aéromécanique sur les « pieds de fan » (c'est-à-dire à la base des aubes, à la jonction avec le moyeu) conduit en effet aujourd'hui à l'obtention de pièces présentant une paroi localement non-axisymétrique (c'est-à-dire qu'une coupe selon un plan perpendiculaire à l'axe de rotation n'est pas circulaire) au niveau de la veine, au vu des conditions particulières qui y régnent. La veine non-axisymétrique définit une surface globalement annulaire d'un espace tridimensionnel (une « tranche » de la turbomachine).
La demande de brevet EP1 126132 propose ainsi une géométrie de veine non-axisymétrique (voir figure 2b) dans laquelle la paroi d'une plateforme d'aube (en d'autres termes la surface locale du moyeu du fan au niveau de laquelle l'aube est fixée) présente notamment un creux s'étendant le long des aubes.
Il s'est toutefois avéré que cette veine non-axisymétrique dégradait les performances de l'écoulement au travers du fan. En effet, en partant d'une situation « saine » de l'écoulement avec une veine axisymétrique, la mise en place de la veine non-axisymétrique a montré après des calculs de type Navier-Stockes 3D des décollements aérodynamiques importants en pied de fan au bord de fuite des aubes. De part cet effet aérodynamique négatif, les performances du fan se sont trouvées dégradées et ce décollement aérodynamique était très contraignant pour l'opérabilité du fan (rendement, taux de compression et alimentation du booster notamment).
Il serait souhaitable de disposer d'une nouvelle géométrie de veine en pied de fan qui ne présente pas les problèmes de décollement de l'état de la technique et qui permette un rendement et des performances maximales.
PRESENTATION DE L'INVENTION
La présente invention propose ainsi une pièce ou ensemble de pièces de turbomachine comprenant au moins des première et deuxième pales, et une plateforme à partir de laquelle s'étendent les pales, caractérisé en ce que la plateforme présente une surface non-axisymétrique limitée par un premier et un deuxième plan extrémal, et définie par au moins deux courbes de construction de classe C1 représentant chacune la valeur d'un rayon de ladite surface en fonction d'une position entre l'intrados de la première pale et l'extrados de la deuxième pale selon un plan sensiblement parallèle aux plans extrémaux, dont :
- au moins une courbe amont ;
- une courbe aval disposée entre la première courbe et un bord de fuite des première et deuxième pales, et associée à une position axiale située à entre 50% et 80% de longueur relative d'une corde de pale s'étendant du bord d'attaque au bord de fuite de la pale ; chaque courbe de construction étant définie par au moins un point de contrôle extrémal d'intrados et un point de contrôle extrémal d'extrados, respectivement sur chacune des première et deuxième pales entre lesquelles ladite surface s'étend, tels que :
- La tangente à la courbe aval en le point de contrôle extrémal d'extrados est inclinée d'au plus 5° ;
- Toute autre tangente à une courbe de construction en un point de contrôle extrémal est inclinée d'au moins 5°.
Cette géométrie particulière non-axisymétrique de la surface de la pièce à pente plus douce prévient le décollement aérodynamique.
Le rendement et le taux de compression du pied du fan en sont d'autant améliorés.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives :
• la tangente à la courbe aval en le point de contrôle extrémal d'extrados est inclinée d'au plus 2° ;
• chaque courbe amont est associée à une position axiale le long de la corde de pale telle que les courbes sont situées à intervalles réguliers en termes de longueur relative de la corde de pale ; • la surface est définie par quatre courbe amont dont une première courbe d'attaque, une deuxième courbe d'attaque, une première courbe centrale et une deuxième courbe centrale ;
• les tangentes aux courbes de construction en les points de contrôle extrémaux présentent des inclinaisons :
- entre 5° et 20° pour la première courbe d'attaque ;
- entre 10° et 30° pour la deuxième courbe d'attaque ;
- entre 10° et 25° pour la première courbe centrale ;
- entre 5° et 20° en le point de contrôle extrémal d'intrados et entre 5° et 15° en le point de contrôle extrémal d'extrados pour la deuxième courbe centrale ;
- entre 5° et 10° en le point de contrôle extrémal d'intrados pour la courbe aval .
• les tangentes aux courbes de construction en les points de contrôle extrémaux présentent des inclinaisons :
- entre 10° et 15° pour la première courbe d'attaque ;
- entre 20° et 25° pour la deuxième courbe d'attaque ;
- entre 15° et 20° pour la première courbe centrale ;
- entre 10° et 15° en le point de contrôle extrémal d'intrados et entre 5° et 10° en le point de contrôle extrémal d'extrados pour la deuxième courbe centrale ;
- entre 5° et 10° en le point de contrôle extrémal d'intrados pour la courbe aval ;
• chaque courbe de construction est en outre définie par un point de contrôle intermédiaire d'intrados et un point de contrôle intermédiaire d'extrados, respectivement à proximité des première et deuxième pales entre lesquelles ladite surface s'étend, et chacun situé entre les points de contrôle extrémaux de la courbe de construction, tels que :
- les points de contrôle extrémal et intermédiaire d'extrados de la courbe aval présentent une différence d'abscisse d'au moins 15 mm ; - tous les autres points de contrôle extrémal et intermédiaire d'extrados ou d'intrados d'une courbe de construction présentent une différence d'abscisse d'au plus 20 mm ;
• la pièce ou ensemble de pièces est telle que :
- tous les points de contrôle extrémal et intermédiaire d'extrados ou d'intrados d'une courbe amont présentent une différence d'abscisse comprise entre 5 et 15 mm ;
- les points de contrôle extrémal et intermédiaire d'extrados de la courbe aval présentent une différence d'abscisse comprise entre 15 et 30 mm ;
- les points de contrôle extrémal et intermédiaire d'intrados de la courbe aval présentent une différence d'abscisse comprise entre 5 et 15 mm ;
• chaque courbe de construction est entièrement déterminée par huit paramètres dont :
- l'inclinaison de la tangente à la courbe en le point de contrôle extrémal d'extrados ;
- l'inclinaison de la tangente à la courbe en le point de contrôle extrémal d'intrados ;
- la différence d'abscisse entre les points de contrôle extrémal et intermédiaire d'extrados de la courbe ;
- la différence d'abscisse entre les points de contrôle extrémal et intermédiaire d'intrados de la courbe ;
- un coefficient de tension d'une demi-tangente gauche à la courbe en le point de contrôle intermédiaire d'extrados ;
- un coefficient de tension d'une demi-tangente droite à la courbe en le point de contrôle intermédiaire d'extrados ou en le point de contrôle extrémal d'extrados ;
- un coefficient de tension d'une demi-tangente gauche à la courbe en le point de contrôle intermédiaire d'intrados ou en le point de contrôle extrémal d'intrados ; - un coefficient de tension d'une demi-tangente droite à la courbe en le point de contrôle intermédiaire d'intrados ;
• chaque courbe de construction a été modélisée via la mise en œuvre par des moyens de traitement de données d'étapes de :
(a) Paramétrisation de la courbe de construction en tant que courbe de classe C1 représentant la valeur du rayon de ladite surface en fonction d'une position entre l'intrados de la première pale et l'extrados de la deuxième pale, la courbe étant définie par :
- Deux points de contrôle extrémaux, respectivement sur chacune des deux pales entre lesquelles ladite surface s'étend ;
- Au moins une spline ;
la paramétrisation étant mise en œuvre selon un ou plusieurs paramètres définissant au moins un des points de contrôle extrémaux ; (b) Détermination de valeurs optimisées desdits paramètres de ladite courbe ;
• la pièce ou ensemble de pièces est une soufflante pour une turbomachine à double flux. Selon un deuxième aspect, l'invention concerne une turbomachine comprenant une pièce ou ensemble de pièces selon le premier aspect.
PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation préférentiel. Cette description sera donnée en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 précédemment décrite représente un exemple de turbomachine ; - les figures 2a-2b précédemment décrites illustrent deux exemples connus de géométries de pied de fan avec et sans plateforme non- axisymétrique ;
- les figures 3a-3b représentent un mode de réalisation préféré d'une pièce selon l'invention ;
- la figure 4 représentent un mode de réalisation préféré d'une pièce selon l'invention ;
- les figures 5a-5c représentent la visualisation de vitesses axiales négatives pour plusieurs géométries.
DESCRIPTION DETAILLEE
En référence à la figure 3a, la présente pièce 1 (ou ensemble de pièces si elle n'est pas monobloc) de turbomachine présente au moins deux pales consécutives 3E, 31 et une plateforme 2 à partie de laquelle s'étendent les pales 3E, 31. Le terme plateforme est ici interprété au sens large et désigne de façon générale tout élément d'une turbomachine sur lequel des pales 3E, 31 sont aptes à être montées (en s'étendant radialement) et présentant une paroi contre laquelle l'air circule.
En particulier, la plateforme 2 peut être monobloc ou formée d'une pluralité d'organes élémentaires chacun supportant une unique pale 3E, 31 (un « pied » de la pale) de sorte à constituer une aube du type de celles représentées par la figure 3a. Dans l'exemple représenté, il s'agit de plateformes « rapportées », c'est-à-dire séparées des aubes (ce sont des pièces indépendantes). Il existe également des plateformes « intégrées » (qui seront à nouveau évoquées plus loin) pour lesquelles chaque pale est liée à une « demie » plateforme, et la jonction entre deux plateformes voisines se fait alors au milieu de la veine. On comprendra que la présente invention n'est limitée à aucune structure particulière la plateforme 2.
En outre, la plateforme 2 délimite une paroi radialement intérieure de la pièce 1 (l'air passe autour) en définissant un moyeu. On comprendra que comme expliqué la pièce 1 ou ensemble de pièces est avantageusement un fan.
Surface de plateforme
La présente pièce 1 se distingue par une géométrique particulière (non-axisymétrique) d'une surface S d'une plateforme 2 de la pièce 1 , dont on observe un exemple de modélisation avantageuse sur les figures 3a et 3b.
La surface S s'étend entre deux pales 3E, 31 (représentées sur la figure 3a, mais pas sur la figure 3b pour mieux observer la surface S. On repère néanmoins leur base), qui la limitent tangentiellement
La surface S est en effet une partie d'une surface plus importante définissant une forme sensiblement torique autour de la pièce 1 , qui est ici comme expliquée le fan. Dans l'hypothèse avantageuse (mais non limitative) d'une périodicité dans la circonférence de la pièce 1 (c'est-à-dire si les pales 3E, 31 sont identiques et réparties uniformément), la paroi est constituée d'une pluralité de surfaces identiques dupliquées entre chaque couple de pales 3E, 31.
Les surfaces S' également visibles sur les figure 3a et 3b sont ainsi une duplication de la surface S.
Toujours sur cette figure, est visible un trait partageant chacune des surfaces S et S' en deux moitiés. Cette structure correspond à un mode de réalisation de type « plateformes intégrées » évoqué précédemment, dans lequel la plateforme 2 est composée d'une pluralité d'organes élémentaires.. Chacun de ces organes élémentaires forme la veine en pied d'aube Fan. La veine en pied d'aube Fan s'étend ainsi de part et d'autres de la pale 3E, 31, d'où le fait que la surface S comprend des surfaces juxtaposées associées à deux pieds de pale distincts. La pièce 1 est alors un ensemble d'au moins deux aubes (ensemble pale/veine en pied de pale) juxtaposées. Comme déjà indiqué, on comprendra que la présente invention n'est limitée à aucune structure particulière de la plateforme 2. La surface S est limitée en amont par un premier plan extrémal, le « Plan de séparation » PS et en aval par un deuxième plan extrémal, le « Plan de raccord » PR, qui définissent chacun un contour axisymétrique, continue et de dérivée continue (la courbe correspondant à l'intersection entre chacun des plans PR et PS et la surface de la pièce 1 dans son ensemble est fermée et forme une boucle). La surface S présente sensiblement la forme d'un « parallélogramme » qui présenterait deux cotés courbes, et s'étend axialement (le long de l'axe moteur) entre les deux plans extrémaux PS, PR, et tangentiellement entre les deux pales 3E, 31 d'un couple de pales consécutives. L'une des pales de ce couple de pales est la première pale 31, ou pale d'intrados. Elle présente en effet son intrados à la surface S. L'autre pale est la deuxième pale 3E, ou pale d'extrados. Elle présente en effet son extrados à la surface S. Chaque « deuxième pale » 3E est la « première pale » 31 d'une surface voisine telle que la surface S' dans la figure 2 (puisque chaque pale 3E, 31 présente un intrados et un extrados).
La surface S est définie par des courbes de construction, appelées également « Plans de construction ». Au moins deux, avantageusement trois, voire quatre, et préférentiellement cinq (voire encore davantage), courbes de constructions PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4, PC-5 sont nécessaires pour obtenir la géométrie de la présente surface S. Dans la suite de la présente description on prendra l'exemple préféré de cinq courbes (dont quatre courbes « amont » (une première courbe d'attaque PC-1 , une deuxième courbe d'attaque PC-2, une première courbe centrale PC-3 et une deuxième courbe centrale PC-4), et une courbe « aval » PC-5), mais on comprendra que seule une courbe amont parmi les courbes PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4 et une courbe aval PC-5 (voir plus loin) sont indispensables à la définition de la surface S non-axisymétrique.
Dans tous les cas, chaque courbe de construction est une courbe de classe C1 représentant la valeur d'un rayon de ladite surface S (valeur de ce rayon variable, par définition d'une plateforme non axisymétrique) en fonction d'une position entre l'intrados de la première pale 31 et l'extrados de la deuxième pale 3E selon un plan parallèle aux plans extrémaux PS, PR.
Par rayon on entend la distance entre un point de la surface et l'axe de la pièce 1 , comme l'on voit par exemple sur la figure 4, qui représente un exemple de courbe de construction qui sera décrit plus en détail plus loin. Une surface axisymétrique présente ainsi un rayon constant, par définition
Courbes de construction
Comme expliqué, les géométries non-axisymétriques de pied de fan (aussi bien la présente géométrie que celles connues de l'état de la technique) définissent un « creusement » de la plateforme. En d'autres termes ses courbes de construction présentent une forme en « U », avec 3 parties : 2 « flancs » (intrados et extrados) et le « fond » de la veine non axisymétrique, qui constitue la partie la plus creusée de la veine. Cette géométrie est visible sur la figure 4.
Les inventeurs ont découvert que les problèmes de décollement des géométries connues étaient dus à des « pentes » très fortes au niveau des flancs, en particulier à proximité du bord de fuite de la pale d'extrados. La présente géométrie présente par conséquent une pente réduite à cet endroit.
Les courbes de construction sont disposées sur des plans sensiblement parallèles, qui forment des plans « axiaux » puisqu'ils sont orthogonaux à l'axe de la pièce 1 . La ou les premières courbes PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4 sont des courbes « amont » car disposée à proximité du bord d'attaque BA des pales 3E, 31 entre lesquelles elle s'étend (même si cet ensemble comprend aussi bien des courbes d'attaque (situées très près du bord d'attaque BA) que des courbes centrales situées en partie intermédiaire des pales 31, 3E). La dernière courbe PC-5 est une courbe « aval », ou courbe « de fuite », car disposée à proximité du bord de fuite BF des pales 3E, 31 entre lesquelles elle s'étend.
En d'autres termes, le fluide s'écoulant dans la veine rencontre successivement jusqu'à deux courbes d'attaque et deux courbes centrales PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4, puis la courbe aval PC-5. Leurs positions ne sont pas fixées, mais chaque courbe de construction PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4, PC-5 est en particulier définie par une position axiale le long d'une corde d'une pale 3E, 31 s'étendant du bord d'attaque BA au bord de fuite BF de la pale 3E, 31. On comprendra ici qu'on raisonne en termes de corde « axiale », en d'autres termes que seule la composante axiale de la corde réelle est prise en compte : par exemple une position axiale située à 0% en longueur relative de corde de pale est dans un plan axial passant par le bord d'attaque BA, une position axiale située à 100% en longueur relative de corde de pale est dans le plan axial passant par le bord de fuite BF, et une position axiale située à 50% en longueur relative de corde de pale est sur un plan axial médian des deux plans axiaux précédemment cités.
Et dans un tel référentiel, la courbe aval PC-5 est associée à une position axiale située entre 50% et 80% en longueur relative de corde de pale 3E, 31.
La ou les courbes amont PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4 sont associées à une position située à une longueur relative de corde de pale 3E, 31 inférieure à celle de la courbe aval PC-5.
Avantageusement, toutes les courbes de constructions sont associées à des positions axiales disposées à intervalles régulier le long de la corde de pale 3E, 31, par exemple tous les 25% dans le cas de quatre courbes, ou 20% dans le cas de cinq courbes, de sorte à pouvoir dessiner les formes de flancs souhaités par le concepteur de la plateforme (un nombre trop faible de courbes de constructions limite les formes possibles) Ainsi, dans le mode de réalisation préféré représenté par les figures 3a et 3b, la première courbe d'attaque PC-1 est associée à une position axiale située à 0% de longueur relative de corde de pale 3E, 31, la deuxième courbe d'attaque PC-2 est associée à une position axiale située à environ 20% de longueur relative de corde de pale 3E, 31, la première courbe centrale PC-3 est associée à une position axiale située à environ 40% de longueur relative de corde de pale 3E, 31, la deuxième courbe centrale PC-4 est associée à une position axiale située à environ 60% de longueur relative de corde de pale 3E, 31, et la courbe aval PC-5 est associée à une position axiale située à environ 80% de longueur relative de corde de pale 3. Toutefois, on comprendra que les courbes amont PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4 peuvent être disposées n'importe où sur la partie avant de la veine.
Comme l'on voit toujours sur les figures 3a et 3b, chaque courbe présente une géométrie spécifique conçue pour limiter la pente au niveau du bord de fuite BF, en particulier la courbe aval PC-5.
Chaque courbe de construction PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4, PC-5 est typiquement une spline constituée de 3 parties : Les 2 flancs et le fond de la veine, comme précédemment évoqué.
Les splines sont des courbes polynomiales paramétriques, parmi lesquelles on peut citer préférentiellement les courbes de Bézier définies comme combinaisons de N+1 polynômes élémentaires dits Polynômes de Bernstein : on définit une courbe de Bézier par l'ensemble de points ∑f=0 £f (t) - Pi , t G [0,1], les Bf (t) = (N. )tN (1 - t)N~l étant les N+1 polynômes de Bernstein de degré N.
Les points {Po, PI . .. PN} sont appelés points de contrôle « implicites » de la courbe et constituent les variables grâce auxquelles une courbe de construction peut être paramétrisée.
Ces points sont appelés « implicites » car une courbe de Bézier peut être vue comme l'ensemble des barycentres des N+1 points de contrôle pondérés d'un poids égal à la valeur du polynôme de Bernstein associé à chaque point de contrôle. En d'autres termes, ces points agissent comme des poids localisés attirants la courbe généralement sans qu'elle n'y passe (hormis le premier et le dernier, correspondant respectivement à t=0 et t=1, et certains cas d'alignement de points). Chacune courbe de construction PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4, PC-5 est ainsi définie par au moins un point de contrôle extrémal d'intrados et un point de de contrôle extrémal d'extrados, respectivement sur chacune des première et deuxième pales 31, 3E entre lesquelles ladite surface S s'étend. Comme l'on verra plus loin, chaque courbe de construction PC-1 , PC-2, PC-
3, PC-4, PC-5 est en outre avantageusement définie par un point de contrôle intermédiaire d'intrados et un point de de contrôle intermédiaire d'extrados, respectivement à proximité des première et deuxième pales 31, 3E entre lesquelles ladite surface S s'étend, et chacun situé entre les points de contrôle extrémaux de la courbe de construction PC-1 , PC-2, PC-3, PC-
4, PC-5. Cette définition d'une courbe par quatre points permet d'engendrer les géométries en U que l'on voit sur les figures, et en particulier la figure 4.
Le ou les paramètres définissant un point de contrôle sont ainsi choisis parmi une abscisse du point, une ordonnée du point, une orientation de tangente à la courbe au niveau du point et un (dans le cas d'un point de contrôle extrémal, on ne peut prendre en compte que la demi-tangente dans le domaine de définition de la courbe, à gauche ou à droite suivant le point) ou deux (dans le cas d'un point de contrôle intermédiaire) coefficients de tension chacun associé à une demi-tangente à la courbe au niveau du point.
Les positions des points de contrôle extrémaux sont contraintes par les pales 3. En revanche, les orientations de la tangente à la courbe en ces points (en d'autres termes les dérivées) permettent de contrôler les pentes de la surface S. Les courbes sont ainsi telles que :
- la tangente à la courbe aval PC-5 en le point de contrôle extrémal d'extrados est inclinée d'au plus 5° ;
- toute autre tangente à une courbe amont PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4, voire toute autre tangente à une courbe de construction PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4, PC-5 (en d'autres termes y compris la tangente à la courbe aval PC-5 en le point de contrôle extrémal d'intrados) en un point de contrôle extrémal est inclinée d'au moins 5° (et avantageusement d'au plus 30°).
La tangente à la courbe aval PC-5 en le point de contrôle extrémal d'extrados est même si possible inclinée d'au plus 2°. Cette dissymétrie marquée de la courbe aval PC-5 se traduit par un retour progressif et sur une plus grande distance à une géométrie quasiment axisymétrique sur la dernière partie de la veine, ce qui limite voire supprime le décollement aérodynamique. En effet, ce retour progressif à une veine axisymétrique limite l'effet de courbure et donc limite le ralentissement trop brutal du fluide.
En outre, au moins une courbe amont PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4 présente des tangentes en ses points de contrôle extrémaux inclinées d'au moins 20°. Dans le cas de quatre courbes amont, il s'agit de la deuxième courbe d'attaque PC-2 (qui présente ainsi les inclinaisons les plus fortes de toutes les courbes de constructions).
En ce qui concerne la tangente à la courbe aval PC-5 en le point de contrôle extrémal d'intrados, elle est également limitée en particulier à 10°. Ainsi, même si son inclinaison est supérieure à celle de la tangente à la courbe aval PC-5 en le point de contrôle extrémal d'extrados, elle reste faible, contrairement à ce que l'on rencontre parfois pour des veines de compresseur (voir la demande de brevet EP 2085620), où cet angle tend vers 90° (tangente verticale) en sortie de veine.
De façon préférée, toute tangente à une courbe amont PC1 , PC-2, PC-3, PC-4 en le point de contrôle extrémal d'intrados est plus inclinée que la tangente à la courbe aval PC-5 en le point de contrôle extrémal d'intrados. En particulier, l'inclinaison d'intrados peut être décroissante en parcourant la veine (alors qu'il est connue qu'elle soit croissante), ou croissante puis décroissante.
Dans ce dernier cas préféré, au moins deux courbes amont PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4 sont telles que l'inclinaison des tangentes à chaque courbe de construction PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4, PC-5 en le point de contrôle extrémal d'intrados croit puis décroit en parcourant les courbes de construction PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4, PC-5 du bord d'attaque (BA) au bord de fuite de la pale 31, 3E. En d'autres termes, le maximum d'inclinaison de la tangente en le point de contrôle extrémal d'intrados est atteint pour une courbe autre que la première courbe d'attaque PC-1 et la courbe aval PC-5. En pratique ce maximum est atteint au niveau de la seconde courbe d'attaque PC-2 (voir plus loin).
La même chose est avantageusement valable pour l'inclinaison d'extrados qui peut être décroissante en parcourant la veine, ou de façon préférée croissante puis décroissante (l'inclinaison des tangentes à chaque courbe de construction PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4, PC-5 en le point de contrôle extrémal d'extrados croit puis décroit en parcourant les courbes de construction PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4, PC-5 du bord d'attaque BA au bord de fuite de la pale 31, 3E, avec un maximum éventuellement au niveau de la seconde courbe d'attaque PC-2. En référence aux figures 3a et 3b, les tangentes aux courbes de construction en les points de contrôle extrémaux présentent de façon préférée les inclinaisons suivantes :
- entre 5° et 20° et avantageusement entre 10° et 15° pour la première courbe d'attaque PC-1 ;
- entre 10° et 30° et avantageusement entre 20° et 25° pour la deuxième courbe d'attaque PC-2 ;
- entre 10° et 25° et avantageusement entre 15° et 20° pour la première courbe centrale PC-3 ;
- entre 5° et 20° et avantageusement entre 10° et 15° en le point de contrôle extrémal d'intrados ; et entre 5° et 15° et avantageusement entre 5° et 10° en le point de contrôle extrémal d'extrados pour la deuxième courbe centrale PC-4 (cette baisse progressive de l'inclinaison sur l'extrados permet de réduire la pente globale de la veine pour réduire voire supprimer les risques de décollement en pied d'aube au bord de fuite BF) ; - entre 5° et 10° en le point de contrôle extrémal d'intrados et environ 1 ° en le point de contrôle extrémal d'extrados pour la courbe aval PC-5. Chaque courbe de construction PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4, PC-5 est en particulier définie au total par huit paramètres parmi tous les paramètres cités avant. Outre les inclinaisons de la tangente en chacun des points de contrôle extrémaux (deux paramètres), on trouve l'abscisse de chacun des points de contrôle intermédiaires (deux paramètres) et le coefficient de tension associé à chacune des demi-tangentes en chacun des points de contrôle intermédiaires et/ou extrémal (quatre paramètres parmi six demi- tangentes possibles).
En pratique, comme l'on voit sur la figure 4, les quatre derniers paramètres sont le coefficient de tension d'une demi-tangente gauche à la courbe en le point de contrôle intermédiaire d'extrados, le coefficient de tension d'une demi-tangente droite à la courbe en le point de contrôle extrémal d'extrados, le coefficient de tension d'une demi-tangente gauche à la courbe en le point de contrôle extrémal d'intrados, et le coefficient de tension d'une demi-tangente droite à la courbe en le point de contrôle intermédiaire d'intrados.
Tous les coefficients de tension associés à une demi-tangente en un point de contrôle peuvent être égaux sur l'ensemble des courbes de constructions PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4, PC-5.
En ce qui concerne les abscisses des points de contrôle intermédiaire, elles permettent de définir la longueur des flancs du « U » que forme chaque courbe. Elles sont telles que :
- les points de contrôle extrémal et intermédiaire d'extrados de la courbe aval PC-5 présentent une différence d'abscisse d'au moins 15 mm ;
- tous les autres points de contrôle extrémal et intermédiaire d'extrados ou d'intrados d'une courbe de construction PC-1 , PC- 2, PC-3, PC-4, PC-5 (donc y compris les points de contrôle extrémal et intermédiaire d'intrados de la courbe aval PC-5) présentent une différence d'abscisse d'au plus 20 mm, et avantageusement d'au plus 15 mm.
Le fait que le flanc du U soit allongé au bord du bord de fuite BF extrados permet d'adoucir encore la pente et donc de limiter encore les effets de décollement en pied d'aube.
En référence aux figures 3a et 3b, de façon préférée :
- tous les points de contrôle extrémal et intermédiaire d'extrados ou d'intrados d'une courbe amont PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4 présentent une différence d'abscisse comprise entre 5 et 15 mm, et avantageusement entre 10 et 15 mm ;
- les points de contrôle extrémal et intermédiaire d'extrados de la courbe aval PC-5 présentent une différence d'abscisse comprise entre 15 et 25 mm, et avantageusement entre 15 et 20 mm ;
- les points de contrôle extrémal et intermédiaire d'intrados de la courbe aval PC-5 présentent une différence d'abscisse comprise entre 5 et 15 mm, avantageusement entre 5 et 10 mm.
Modélisation de la surface
La définition de la surface via les deux à cinq courbes de construction PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4, PC-5 facilite ensuite l'optimisation automatique de la veine non axisymétrique et donc de la pièce 1 .
Chaque courbe de construction PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4, PC-5 peut ainsi être modélisée via la mise en œuvre d'étapes de :
(a) Paramétrisation de la courbe de construction PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4, PC-5 en tant que courbe de classe C1 représentant la valeur du rayon de ladite surface S en fonction d'une position entre l'intrados de la première pale 31 et l'extrados de la deuxième pale 3E, la courbe étant définie par :
- Deux points de contrôle extrémaux, respectivement sur chacune des deux pales 3E, 31, entre lesquelles ladite surface S s'étend (et avantageusement deux points de contrôle intermédiaire, respectivement à proximité des deux pales 31, 3E, et chacun situé entre les points de contrôle extrémaux) ;
- Au moins une spline ;
la paramétrisation étant mise en œuvre selon un ou plusieurs paramètres définissant au moins un des points de contrôle extrémaux (avantageusement tout ou partie des huit paramètres mentionné précédemment) ;
(b) Détermination de valeurs optimisées desdits paramètres de ladite courbe.
Ces étapes sont réalisées par un équipement informatique comprenant des moyens de traitement de données (par exemple un supercalculateur mettant en œuvre un logiciel de CAO).
Certains paramètres des points de contrôle extrémaux ou intermédiaires, par exemple les intervalles d'inclinaison des tangentes, sont fixés de sorte à respecter les conditions de pente recherchées.
De nombreux critères peuvent être choisis comme critères à optimiser lors de la modélisation de chaque courbe. A titre d'exemple, on peut tenter de maximiser des propriétés mécaniques telles que la résistance aux contraintes mécaniques, les réponses fréquentielles, les déplacements des pales 3E, 31, des propriétés aérodynamiques telles que le rendement, l'élévation de pression, la capacité de débit ou la marge au pompage, etc.
Pour cela il est nécessaire de paramétriser la loi que l'on cherche à optimiser, c'est-à-dire d'en faire une fonction de N paramètres d'entrée. L'optimisation consiste alors à faire varier (en général aléatoirement) ces différents paramètres sous contrainte, jusqu'à déterminer leurs valeurs optimales pour un critère prédéterminé. Une courbe « lissée » est ensuite obtenue par interpolation à partir des points de passage déterminés.
Le nombre de calculs nécessaires est alors directement lié au nombre de paramètres d'entrée du problème. En effet, le plus souvent le nombre de calcul pour une surface de réponse correcte est de deux puissance le nombre de paramètres
De nombreuses méthodes sont connues, mais de façon préférée on mettra en œuvre une méthode similaire à celle décrite dans la demande de brevet FR1353439, qui permet une excellente qualité de modélisation, sans consommation élevée de puissance de calcul, tout en limitant le phénomène de Runge (« ondulation » excessive de la surface).
Il est à noter que la pale 3E, 31 est reliée à la plateforme 2 via une courbe de raccordement (visible par exemple à la figure 2b), qui peut faire l'objet d'une modélisation spécifique, notamment également via l'utilisation de splines et points de contrôle utilisateur.
Effet de ces géométries
Des tests d'analyse de vitesses axiales négatives (caractéristiques de phénomènes de décollement) le long de la pale d'extrados 3E ont été réalisés pour trois géométries : géométrie axisymétrique (figure 5a), géométrie non-axisymétrique conforme à l'état de la technique (figure 5b) et la présente géométrie non-axisymétrique (figure 5c).
On voit nettement sur la figure 5b l'apparition d'une « poche » de vitesse axiale négative au bord de fuite BF, représentative d'un phénomène de décollement.
Au contraire, sur la figure 5c ce phénomène a pratiquement disparu, et l'on revient à la qualité d'écoulement d'une géométrie axisymétrique (figure 5a).

Claims

REVENDICATIONS
1. Pièce (1 ) ou ensemble de pièces de turbomachine comprenant au moins des première et deuxième pales (31, 3E), et une plateforme (2) à partir de laquelle s'étendent les pales (31, 3E),
caractérisé en ce que la plateforme (2) présente une surface (S) non- axisymétrique limitée par un premier et un deuxième plan extrémal (PS, PR), et définie par au moins deux courbes de construction (PC-1 , PC-2, PC- 3, PC-4, PC-5) de classe C1 représentant chacune la valeur d'un rayon de ladite surface (S) en fonction d'une position entre l'intrados de la première pale (31) et l'extrados de la deuxième pale (3E) selon un plan sensiblement parallèle aux plans extrémaux (PS, PR), dont :
- au moins une courbe amont (PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4) ;
- une courbe aval (PC-5) disposée entre la première courbe (PC-1 ,
PC-2, PC-3, PC-4) et un bord de fuite (BF) des première et deuxième pales (31, 3E), et associée à une position axiale située entre 50% et 80% de longueur relative d'une corde de pale (31, 3E) s'étendant du bord d'attaque (BA) au bord de fuite de la pale (31, 3E) ;
chaque courbe de construction (PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4, PC-5) étant définie par au moins un point de contrôle extrémal d'intrados et un point de contrôle extrémal d'extrados, respectivement sur chacune des première et deuxième pales (31, 3E) entre lesquelles ladite surface (S) s'étend, tels que :
- la tangente à la courbe aval (PC-5) en le point de contrôle extrémal d'extrados est inclinée d'au plus 5° ;
- la tangente à la courbe aval (PC-5) en le point de contrôle extrémal d'intrados est inclinée d'au plus 10° ;
- toute tangente à une courbe de construction amont (PC-1 , PC-2,
PC-3, PC-4) en un point de contrôle extrémal est inclinée d'au moins 5°.
2. Pièce ou ensemble de pièces selon la revendication 1 , dans laquelle la tangente à la courbe aval (PC-5) en le point de contrôle extrémal d'extrados est inclinée d'au plus 2°, et la tangente à la courbe aval (PC-5) en le point de contrôle extrémal d'intrados est inclinée d'au moins 5°.
3. Pièce ou ensemble de pièces selon l'une des revendications 1 et 2, dans laquelle chaque courbe amont est associée à une position axiale le long de la corde de pale (31, 3E) telle que les courbes de construction (PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4, PC-5) sont situées à intervalles réguliers en termes de longueur relative de la corde de pale (31, 3E).
4. Pièce ou ensemble de pièces selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle toute tangente à une courbe amont (PC-
1 , PC-2, PC-3, PC-4) en le point de contrôle extrémal d'intrados est plus inclinée que la tangente à la courbe aval (PC-5) en le point de contrôle extrémal d'intrados.
5. Pièce ou ensemble de pièces selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle la surface (S) est définie par au moins deux courbes amont (PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4) telles que l'inclinaison des tangentes à chaque courbe de construction (PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4, PC-5) en le point de contrôle extrémal d'extrados croit puis décroit en parcourant les courbes de construction (PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4, PC-5) du bord d'attaque (BA) au bord de fuite de la pale (31, 3E).
6. Pièce ou ensemble de pièces selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle la surface (S) est définie par au moins deux courbes amont (PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4) telles que l'inclinaison des tangentes à chaque courbe de construction (PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4, PC-5) en le point de contrôle extrémal d'intrados croit puis décroit en parcourant les courbes de construction (PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4, PC-5) du bord d'attaque (BA) au bord de fuite de la pale (31, 3E).
7. Pièce ou ensemble de pièces selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle la surface (S) est définie par quatre courbes amont (PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4), dont une première courbe d'attaque (PC-1 ), une deuxième courbe d'attaque (PC-2), une première courbe centrale (PC-3) et une deuxième courbe centrale (PC-4).
8. Pièce ou ensemble de pièces selon la revendication 7, dans laquelle les tangentes aux courbes de construction en les points de contrôle extrémaux présentent des inclinaisons :
- entre 5° et 20° pour la première courbe d'attaque (PC-1 ) ;
- entre 10° et 30° pour la deuxième courbe d'attaque (PC-2) ;
- entre 10° et 25° pour la première courbe centrale (PC-3) ;
- entre 5° et 20° en le point de contrôle extrémal d'intrados et entre 5° et 15° en le point de contrôle extrémal d'extrados pour la deuxième courbe centrale (PC-4) ;
- entre 5° et 10° en le point de contrôle extrémal d'intrados pour la courbe aval (PC-5).
9. Pièce ou ensemble de pièces selon la revendication 8, dans laquelle les tangentes aux courbes de construction en les points de contrôle extrémaux présentent des inclinaisons :
- entre 10° et 15° pour la première courbe d'attaque (PC-1 ) ;
- entre 20° et 25° pour la deuxième courbe d'attaque (PC-2) ;
- entre 15° et 20° pour la première courbe centrale (PC-3) ;
- entre 10° et 15° en le point de contrôle extrémal d'intrados et entre 5° et 10° en le point de contrôle extrémal d'extrados pour la deuxième courbe centrale (PC-4) ;
- entre 5° et 10° en le point de contrôle extrémal d'intrados pour la courbe aval (PC-5).
10. Pièce ou ensemble de pièces selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle chaque courbe de construction (PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4, PC-5) est en outre définie par un point de contrôle intermédiaire d'intrados et un point de contrôle intermédiaire d'extrados, respectivement à proximité des première et deuxième pales (31, 3E) entre lesquelles ladite surface (S) s'étend, et chacun situé entre les points de contrôle extrémaux de la courbe de construction (PC-1 , PC-2, PC- 3, PC-4, PC-5), tels que :
- les points de contrôle extrémal et intermédiaire d'extrados de la courbe aval (PC-5) présentent une différence d'abscisse d'au moins 15 mm ;
- Tous les autres points de contrôle extrémal et intermédiaire d'extrados ou d'intrados d'une courbe de construction (PC-1 , PC- 2, PC-3, PC-4, PC-5) présentent une différence d'abscisse d'au plus 20 mm.
11. Pièce ou ensemble de pièces selon la revendication 10, dans laquelle :
- tous les points de contrôle extrémal et intermédiaire d'extrados ou d'intrados d'une courbe amont (PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4) présentent une différence d'abscisse comprise entre 5 et 15 mm ;
- les points de contrôle extrémal et intermédiaire d'extrados de la courbe aval (PC-5) présentent une différence d'abscisse comprise entre 15 et 30 mm ;
- les points de contrôle extrémal et intermédiaire d'intrados de la courbe aval (PC-5) présentent une différence d'abscisse comprise entre 5 et 15 mm.
12. Pièce ou ensemble de pièces selon l'une des revendications 10 et 1 1 , dans laquelle chaque courbe de construction (PC- 1 , PC -2, PC-3, PC-4, PC-5) est entièrement déterminée par huit paramètres dont :
- l'inclinaison de la tangente à la courbe en le point de contrôle extrémal d'extrados ;
- l'inclinaison de la tangente à la courbe en le point de contrôle extrémal d'intrados ;
- la différence d'abscisse entre les points de contrôle extrémal et intermédiaire d'extrados de la courbe ;
- la différence d'abscisse entre les points de contrôle extrémal et intermédiaire d'intrados de la courbe ;
- un coefficient de tension d'une demi-tangente gauche à la courbe en le point de contrôle intermédiaire d'extrados ;
- un coefficient de tension d'une demi-tangente droite à la courbe en le point de contrôle intermédiaire d'extrados ou en le point de contrôle extrémal d'extrados ;
- un coefficient de tension d'une demi-tangente gauche à la courbe en le point de contrôle intermédiaire d'intrados ou en le point de contrôle extrémal d'intrados ;
- un coefficient de tension d'une demi-tangente droite à la courbe en le point de contrôle intermédiaire d'intrados.
13. Pièce ou ensemble de pièces selon l'une des revendications précédentes, pour laquelle chaque courbe de construction (PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4, PC-5) a été modélisée via la mise en œuvre par des moyens de traitement de données d'étapes de :
(a) Paramétrisation de la courbe de construction (PC-1 , PC-2, PC-3, PC-4, PC-5) en tant que courbe de classe C1 représentant la valeur du rayon de ladite surface (S) en fonction d'une position entre l'intrados de la première pale (31) et l'extrados de la deuxième pale (3E), la courbe étant définie par : - Deux points de contrôle extrémaux, respectivement sur chacune des deux pales (31, 3E) entre lesquelles ladite surface (S) s'étend ;
- Au moins une spline ;
la paramétrisation étant mise en œuvre selon un ou plusieurs paramètres définissant au moins un des points de contrôle extrémaux ; (b) Détermination de valeurs optimisées desdits paramètres de ladite courbe.
14. Pièce ou ensemble de pièces selon l'une des revendications précédentes, étant une soufflante pour une turbomachine à double flux.
15. Turbomachine comprenant une pièce (1 ) ou ensemble de pièces selon l'une des revendications précédentes.
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