WO2023094784A1 - Aube pour une hélice non carénée d'une turbomachine - Google Patents

Aube pour une hélice non carénée d'une turbomachine Download PDF

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WO2023094784A1
WO2023094784A1 PCT/FR2022/052189 FR2022052189W WO2023094784A1 WO 2023094784 A1 WO2023094784 A1 WO 2023094784A1 FR 2022052189 W FR2022052189 W FR 2022052189W WO 2023094784 A1 WO2023094784 A1 WO 2023094784A1
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blade
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delta
difference
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PCT/FR2022/052189
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Matthieu Pierre Michel Dubosc
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Safran Aircraft Engines
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Definitions

  • the invention relates to the field of turbomachines, and more particularly to the field of blades for an unducted fan of a turbomachine.
  • An aircraft conventionally comprises at least one turbomachine to ensure its propulsion.
  • the turbomachine comprises a fan, at least one compressor, a combustion chamber, at least one turbine, and a gas exhaust nozzle.
  • the turbomachine may include a low pressure compressor and a high pressure compressor, and a high pressure turbine and a low pressure turbine.
  • the high pressure turbine rotates the high pressure compressor via a high pressure shaft
  • the low pressure turbine rotates the low pressure compressor via a low pressure shaft.
  • the low pressure turbine can also drive the fan in rotation either directly via the low pressure shaft, or by means of a reducer arranged between the low pressure turbine and the fan, the reducer being driven in rotation by the low pressure shaft.
  • the fan, or propeller, is not streamlined.
  • the turbomachine is therefore an unducted fan (in English “open rotor”, or “propfan”).
  • a turbomachine fan blade is conventionally designed so as to respect both aerodynamic constraints aimed at optimizing the aerodynamic flow along the blade, and mechanical constraints aimed at allowing the structural strength of the blade and its integration into the turbomachine.
  • the arrow of the blade at the level of its leading edge participates in capturing flow and maintaining the ingestion of the blade
  • the arrow of the blade at the level of its trailing edge impacts the rope and the mechanics of dawn.
  • the evolution of the leading edge sag and the trailing edge sag along the height of the blade also impacts the aerodynamics and mechanics of the blade.
  • the design of a fan blade in particular the choice of its leading edge arrow and its trailing edge arrow, varies according to the architecture of the turbomachine, for example according to the presence or not of a reduction gear in the turbomachine, or depending on the presence or not of a variable timing system for the blades of the fan.
  • An object of the invention is to propose a blade for an unducted fan of a turbomachine which presents an optimized aero-mechanical compromise.
  • Another object of the invention is to propose a blade for an unducted fan of a turbomachine which can be implemented for different turbomachine architectures.
  • Another object of the invention is to propose a setting of a blade for an unducted fan of a turbomachine, the setting being a function of the leading edge deflection and the trailing edge deflection of the blade , and making it possible to satisfactorily orient the design of such a blade for various turbomachine architectures.
  • a blade for an unducted fan of a turbomachine, the turbomachine extending around a longitudinal axis, in which the blade comprises a blade with a profile aerodynamic having a leading edge and a trailing edge, the blade being formed of a plurality of sections of blades stacked along a blade axis from a radially inner end to a radially outer end of the blade, a blade height corresponding to a distance along the blade axis from the radially inner end to the radially outer end of the blade, wherein each blade section has a leading edge sag corresponding to an angle between the blade axis and a middle segment of the leading edge within said blade section, and wherein each blade section has a trailing edge sag corresponding to an angle between the blade axis and a segment mean of the trailing edge within said blade section, the blade being characterized in that a difference in deflections corresponding to a difference between the leading edge de
  • each blade section extends over at least 1% and at most 10% of the blade height, preferably each blade section extends over approximately 5% of the blade height;
  • the difference in arrows changes sign between two blade sections each having a height of between 30% and 50% of the blade height, more particularly between two blade sections each having a height of between 30% and 40% of the blade height;
  • the deflection difference is between -20° and 0° for any blade section having a height between 10% and 30% of the blade height, and/or the deflection difference is between +10° and + 30° for any blade section having a height between 60% and 90% of the blade height;
  • the deflection difference is strictly increasing with the height for the blade sections having heights ranging from 30% to 70% of the blade height, more particularly for the blade sections having heights ranging from 20% to 80% of the blade height, more particularly for blade sections having heights ranging from 10% to 90% of the blade height
  • the difference in deflection increases in a substantially linear manner for the blade sections having heights ranging from 30% to 70% of the blade height, more particularly for the blade sections having heights ranging from 20% to 90% of the blade height.
  • the invention proposes an unducted fan for a turbomachine comprising a plurality of blades according to the first aspect.
  • the fan comprises less than 19 blades, for example between 10 and 19 blades, for example 12 blades.
  • the invention proposes a turbomachine comprising an unducted fan according to the second aspect (in English “open rotor”, or “propfan”).
  • the invention proposes an aircraft comprising at least one turbomachine according to the third aspect.
  • FIG. 1 illustrates a schematic perspective view of a blade according to one embodiment of the invention, comprising a blade formed from a plurality of blade sections stacked along a blade axis.
  • FIG. 2 is a graph illustrating an example of evolution of a difference between the leading edge deflection and the trailing edge deflection along a height of a blade according to an embodiment of the invention .
  • the upstream and the downstream are defined with respect to the normal flow direction of the gas in the fan through the turbomachine, an air flow flowing in the turbomachine from the upstream towards the downstream.
  • the longitudinal axis corresponds to an axis of rotation of the fan of the turbomachine.
  • a radial axis is an axis perpendicular to the longitudinal axis and passing through it.
  • a longitudinal direction, respectively a radial direction corresponds to the direction of the longitudinal axis, respectively of the radial axis.
  • inner and outer are used with reference to a radial direction such that the inner part or face of an element is closer to the longitudinal axis than the outer part or face of the same element.
  • the turbomachine extends around a longitudinal axis.
  • the turbomachine comprises a fan, at least one compressor, a combustion chamber, at least one turbine, and a gas exhaust nozzle.
  • the turbomachine may include a low pressure compressor and a high pressure compressor, and a high pressure turbine and a low pressure turbine.
  • the high pressure turbine rotates the high pressure compressor via a high pressure shaft
  • the low pressure turbine rotates the low pressure compressor via a low pressure shaft.
  • the low pressure turbine can also drive the fan in rotation either directly via the low pressure shaft, or by means of a reducer arranged between the low pressure turbine and the fan, the reducer being driven in rotation by the low pressure shaft.
  • the fan, or propeller, is not streamlined.
  • the turbomachine is therefore an unducted fan (in English “open rotor”, or “propfan”).
  • the fan of the turbomachine comprises a fan disc carrying a plurality of fan blades 1.
  • Each blade 1 can be a composite blade 1 comprising a composite material structure comprising a fibrous reinforcement obtained by three-dimensional weaving and a matrix in which the fibrous reinforcement is embedded.
  • the fibrous reinforcement can be formed from a fibrous preform in one piece obtained by three-dimensional or multilayer weaving with varying thickness.
  • the fibrous reinforcement may then comprise warp and weft strands which may in particular comprise carbon, glass, basalt and/or aramid fibres.
  • the matrix can be a polymer matrix, for example epoxy, bismaleimide or polyimide.
  • the blade 1 is then formed by molding by means of a resin injection process under vacuum of the RTM (for “Resin Transfer Molding”) type, or even VARRTM (for Vacuum Resin Transfer Molding) type.
  • a blade 1 for a fan of a turbomachine is illustrated by way of non-limiting example in FIG.
  • the blade 1 comprises an airfoil blade 10 having a leading edge 11 and a trailing edge 12.
  • the blade 10 is formed from a plurality of blade sections S stacked along a blade axis P from a radially inner end 13 to a radially outer end 14 of the blade 10.
  • a blade height H corresponds to a distance along the blade axis P from the radially inner end 13 to the radially outer end 14 of the blade 10.
  • the blade 10 with an aerodynamic profile is capable of being placed in a flow of air flowing at the level of the turbomachine when the turbomachine is in operation, in order to generate lift.
  • the blade 10 may be capable of extending into an ambient air flow space outside the turbomachine, the blade 10 being arranged outside the turbomachine, in particular outside the nacelle of the turbomachine.
  • the radially internal end 13 of the blade 10 can be located radially substantially at the level of the nacelle of the turbomachine, the nacelle defining an internal wall of the flow space.
  • the radially outer end 14 of the blade 10 can be radially remote from the nacelle of the turbomachine, outside the nacelle.
  • the blade 1 may further comprise a foot 20 and a stilt 30.
  • the foot 20 is intended to allow the fixing of the blade 1 to the fan disc and extends for this purpose between a bottom of a cavity formed in the fan disk and the cavity reaches outlet.
  • the stilt 30 corresponds to the zone which extends between the foot 20 and the blade 10, that is to say between the outlet of the bearing surfaces of the disc and the radially inner end 13 of the blade 10.
  • the foot 20 is located in a radially more internal position than the stilt 30, and the stilt 30 is located in a radially more internal position than the blade 10.
  • the leading edge 11 and the trailing edge 12 of the blade 10 are connected by an intrados wall and an extrados wall.
  • the leading edge 11 of the blade 10 forms an upstream end of the blade 10 in the flow space. It corresponds to the front part of an aerodynamic profile which faces the airflow and which divides the airflow into an underside flow and an underside flow. The leading edge 11 of the blade 10 is thus configured to extend facing the flow of gases around the turbomachine.
  • the trailing edge 12 corresponds to the rear part of the aerodynamic profile, where the intrados and extrados, and forms a downstream end of the blade 10 in the flow space.
  • the blade 1 is equipped with a shield, the leading edge of the blade 10 corresponding to the upstream end of the shield.
  • the leading edge 11 may correspond to a line extending over the entire height of the blade 10 and formed by all the points located in a position most upstream of the blade 10, the leading edge line connecting the upstream point of the radially inner end 13 to the upstream point of the radially outer end 14 of the blade 10.
  • the trailing edge 12 may correspond to a line extending over the entire height of the blade 10 and formed by the set of points located in a most downstream position of the blade 10, the trailing edge line connecting the downstream point of the radially inner end 13 to the downstream point of the radially outer end 14 of the blade 10.
  • the blade axis P can be an axis inclined by a few degrees with respect to the radial axis, or be a substantially radial axis.
  • the radially inner end 13 of the blade 10 corresponds to an end of the blade 10 which is opposite the radially outer end 14 of the blade 10 with respect to the blade axis P.
  • the blade 10 has a blade height H corresponding to the distance along the blade axis P between its radially internal end 13 and its end radially outer 14.
  • the height of a blade section S corresponds to an average height of the blade section S, that is to say the average of a height of the innermost point and a height of the outermost point of said blade section S.
  • the height of the blade H can vary along the longitudinal axis, for example due to the external cutout of the blade 1.
  • the height of a point or of a section S of the blade 10 is expressed as a function of the relative height of said point or of said blade section S with respect to the blade height H, the relative height being defined between 0% and 100%.
  • the radially inner end 13 of the blade 10 is located at 0% of the blade height H, and the radially outer end 14 of the blade 10 is located at 100% of the blade height H.
  • a height of 0% therefore does not correspond to a position of the root 20 of the blade 1, but to a position of the internal wall of the flow space, delimited by the nacelle.
  • a blade section S having a height of 15% corresponds to a blade section S located at an average of 15% of the blade height H, for example to a blade section S extending substantially between 10% and 20% of the blade height H, as illustrated by way of non-limiting example in FIG.
  • the height of a point of leading edge 11, respectively of a point of trailing edge 12, of the blade 10 is expressed according to the relative height of said point of leading edge 11, respectively trailing edge 12, relative to the blade height H at the level of the leading edge 11, respectively the trailing edge 12.
  • the deflection angle F(BA), F(BF), as illustrated in figure 1 is defined in accordance with the document Leroy H. Smith et al. "Sweep and Dihedral Effects in Axial-Flow Turbomachinery", September 1963, Journal of Basic Engineering, 401-414. We use the geometric approach without taking into account the fluid angles which are dependent on the cycle point. If the flow is purely axial, which is globally the case, and if we consider for the example a fixed blading with a constant setting on its height, the leading edge deflection F(BA) expresses an inclination of the edge 11 , more particularly of the leading edge line, with respect to the blade axis P.
  • the trailing edge arrow F(BF) expresses an inclination of the trailing edge 12, plus particularly of the trailing edge line, with respect to the blade axis P.
  • the blade 10 has a non-zero deflection when the direction of the flow flowing at the level of the blade 10 is not not perpendicular to the direction of the blade axis P.
  • the term “positive” is used to mean “strictly greater than 0”
  • the term “negative” is used to mean “strictly less than 0”.
  • the terms "between X and Y” are used to mean “greater than or equal to X and less than or equal to Y”.
  • the terms "strictly between X and Y” are used to mean “strictly greater than X and strictly less than Y”.
  • a positive leading edge arrow F(BA), respectively trailing edge F(BF) corresponds to an inclination towards the downstream of the middle segment of the leading edge 11, respectively of trailing edge 12, of said blade section S.
  • a leading edge arrow F(BA), respectively trailing edge F(BF), which is zero, corresponds to an edge d attack 11, respectively to a trailing edge 12, oriented substantially along the blade axis P.
  • a difference in Delta deflections is determined to +/-5°, more particularly to +/-2°, more particularly to +/-1°.
  • a difference in arrows Delta is "zero" or “substantially zero”
  • the two sag angles are equal to within +/- 5°, more particularly within +1-2°, more particularly within +/-1°.
  • a variation is "linear” or “substantially linear”, it is linear to within +/-5°, more particularly to within +1-2°, more particularly within +/-1°.
  • Each blade section S has a leading edge deflection F(BA) corresponding to an angle between the blade axis P and an average segment of the leading edge 11 within said blade section S, and each section blade S has a trailing edge deflection F(BF) corresponding to an angle between the blade axis P and an average segment of the trailing edge 12 within said blade section S.
  • a difference in Delta deflections corresponding to a difference between the leading edge deflection F(BA) and the trailing edge deflection F(BF) of the same blade section S is:
  • the difference in deflections Delta being strictly less than 0° and also being greater than or equal to -30°, for any blade section S having a height of between 10% and 30% of the blade height H, and
  • the difference in deflection Delta being strictly greater than 0° and also being less than or equal to +40°, for any blade section S having a height between 50% and 90% of the blade height H.
  • the blade 1 described above presents an optimized aero-mechanical compromise.
  • the aerodynamic efficiency of the blade 1 is improved while respecting the mechanical constraints necessary for the implementation of the blade 1 in the turbomachine.
  • the parameterization of the blade is a function of the leading edge deflection and the trailing edge deflection of the blade, and makes it possible to orient the design of the blade in a satisfactory manner for various architectures. of turbomachinery.
  • the design of the blade 1 described above can thus be oriented using a single parameter, which corresponds to a variation, along the height of the blade 10, of the difference between the edge deflection d attack F (BA) and the arrow of the trailing edge F (BF) of the blade 10.
  • BA edge deflection d attack F
  • BF trailing edge F
  • the parameter described above is adapted to guide the design of a blade 1 which is implemented in different turbomachine architectures, for example in a turbomachine including or not including a reduction gear, in a turbomachine including or not including a system variable blade pitch 1, etc.
  • a negative deflection difference Delta of the blade section S i.e. strictly less than 0 (Delta ⁇ 0), means that, for the given blade section S:
  • the leading edge arrow F(BA) is positive (F(BA) > 0), i.e. the leading edge 11 is inclined downstream, then the edge arrow leakage F(BF) is positive and is greater than the leading edge arrow F(BA) (F(BF)>0 and (F(BF)>F(BA)), the trailing edge 12 being more inclined towards the downstream than the leading edge 11 ;
  • a difference in deflections Delta of the blade section S which is positive, namely strictly greater than 0 (Delta > 0) means that, for the given blade section S:
  • Each blade section S may be delimited by a substantially conical section which corresponds to a streamline of the flow stream in the flow space along the blade 10.
  • Each blade section S can extend over at least 1% and at most 10% of the blade height H, the number of blade sections S being between 10 and 100. Thus, the discretization of the resulting blade sections S is sufficient to represent the geometry of the blade 10.
  • each blade section S can extend over 5% of the blade height H, the blade 10 being divided into 20 blade sections S stacked along the blade axis P, a blade section S s extending over 5% of the blade height H.
  • FIG. 1 illustrates, by way of non-limiting example, a blade 10 comprising 10 blade sections S, each blade section S extending over 10% of the blade height H. More particularly, the points of intersection of each of the ten blade sections S with the leading edge 11 and with the trailing edge 12 of the blade 10 are illustrated in FIG. Also, the leading edge deflection F(BA) and trailing edge deflection F(BF) of one of the blade sections S are shown in Figure 1.
  • FIG. 2 illustrates, by way of non-limiting example, a graph of evolution of the difference in deflections Delta of a blade 10 along the height of the blade 10, that is to say a parameterization of the differences between the leading edge deflection F(BA) and trailing edge deflection F(BF) of the sections S of an unducted fan blade 10 as a function of the height of the blade 10.
  • the abscissa represents the variation of arrows, denoted Delta
  • the ordinate represents the relative height, denoted h, and expressed as a percentage (%) of the blade height H. It is understood that other evolutions of the difference of Delta deflections not shown may be compatible of the blade 10.
  • the difference in deflections Delta is negative, therefore strictly less than 0°, and is also greater than or equal to, or even strictly greater than, -30°, for any blade section S having a height between 10% and 30% of the height of the blade H.
  • a zone of the blade 10 extending over a height of between 10% and 30% of the height of the blade H is a zone with a negative deflection difference Z1.
  • the difference in deflections Delta is positive, therefore strictly greater than 0°, and is furthermore less than or equal to, or even strictly less than, +40°, for any blade section S having a height between 50% and 90% of the blade height H.
  • a zone of the blade 10 extending over a height of between 50% and 90% of the blade height H is a zone with a difference in sags positive Z2.
  • a zone of the blade 10 extending over a height of between 30% and 50% of the blade height H is a transition zone of the difference in deflections Z3, in which the difference in deflections Delta can be negative, zero or positive.
  • the difference in deflections Delta can be strictly less than 0° and also be greater than or equal to, or even strictly greater than, -30°, for any blade section S having a height between, or even strictly between, 0% and 30% of blade height H.
  • the difference in deflection Delta can be strictly less than 0° and also be greater than or equal to, or even strictly greater than, -20°, for any blade section S having a height between 10%, or even 0%, and 30 %, of the blade height H.
  • the difference in deflections Delta can be strictly greater than 0° and also be less than or equal to, or even strictly less than, +30°, for any blade section S having a height between 50%, or even 40%, and 90 %, or even 100%, of the blade height H.
  • the difference in deflections Delta can be strictly greater than 0° and also be less than or equal to, or even strictly less than, +20°, for any blade section S having a height comprised, or even strictly comprised between, between 40% and 70% of blade height H.
  • the difference in deflections Delta can be equal to -10° for a blade section S having a height of 18% of the blade height H, and/or can be equal to 0° for a blade section S having a height of 33% of the blade height H, and/or can be equal to +20° for a blade section S having a height of 72% of the blade height H.
  • the difference in deflections Delta can change sign between two sections of blade S each having a height of between 30% and 50% of the height of blade H, more particularly between two sections of blade S each having a height of between 30% and 40% of the blade height H.
  • the difference in deflections Delta is negative for a first blade section S having a height of between 30% and 50%, more particularly between 30% and 40%, of the blade height H, and is positive for a second blade section S having a height comprised between 30% and 50%, more particularly between 30% and 40%, of the blade height H.
  • the second blade section S is adjacent to the first blade section S and has a height greater than the height of the first blade section S, the second blade section S being located in a radially outer position with respect to the first blade section S.
  • the difference in sags Delta can be negative on the first blade section S, be substantially zero on the second blade section S, then be positive on a third blade section S adjacent to the second blade section S and having a height greater than the height of the second blade section S.
  • the difference in deflections Delta can be between, or even strictly between, -20° and 0°, for any blade section S having a height between, or even strictly between, 10% and 30% of the blade height H .
  • the difference in deflections Delta can be between, or even strictly between, +10° and +30°, for any blade section S having a height between, or even strictly between, 60% and 90% of the blade height H.
  • the difference in deflections Delta can be between, or even strictly between, -10° and +10°, for any blade section S having a height between, or even strictly between, 20% and 50% of the blade height H.
  • the difference in deflections Delta can be between, or even strictly between, -20° and -10°, for any blade section S having a height between 10% and 15%, or even between 0% and 15%, of the blade height H.
  • the difference in deflections Delta can be between +5° and +30°, more particularly between +10° and +30°, for any blade section S having a height between 50% and 90%, or even between 50% and 100%, of the blade height H.
  • the difference in deflections Delta can decrease near the radially inner end and/or the radially outer end of the blade, more particularly decrease and be between -10° and -20° for the blade sections S having heights ranging from 0% to 5% of the blade height H, and/or be decreasing and between +30° and +20° for the blade sections S having heights ranging from 95% to 100% of the height of blade H.
  • the difference in deflections Delta can increase substantially monotonically for blade sections S having heights ranging from 20% to 70%, more particularly from 10% to 90%, of the blade height H.
  • the difference in deflections Delta is either constant or strictly increasing with height, but does not decrease with height, for the blade sections S having heights ranging from 20% to 70%, more particularly from 10% to 90%, of the blade height H.
  • the difference in sags Delta of the first blade section S1 is less than or equal to the Delta deflection difference of the second blade section S2
  • the Delta deflection difference of the second blade section S2 is less than or equal to the Delta deflection difference of the third blade section S3: Delta (S1) ⁇ Delta (S2) ⁇ Delta (S3), where Delta (S1), Delta (S2) and Delta (S3) represent the difference in deflections Delta respectively of the first, second and third blade sections S1, S2, S3.
  • the difference in deflections Delta can be strictly increasing with the height for the blade sections S having heights ranging from 30% to 70% of the blade height H, more particularly for the blade sections S having heights ranging from 20% to 80% of the blade height H, more particularly for the blade sections S having heights ranging from 10% to 90% of the blade height H.
  • the difference in deflections Delta of the first section of blade S1 is strictly less than the delta deflection difference of the second blade section S2
  • the delta deflection difference of the second blade section S2 is strictly less than the delta deflection difference of the third blade section S3:
  • Delta (S1 ) ⁇ Delta (S2) ⁇ Delta (S3)
  • Delta (S1 ), Delta (S2) and Delta (S3) represent the difference in deflections Delta respectively of the first, second and third blade sections S1 , S2, S3.
  • the difference in deflections Delta can increase in a substantially linear manner for blade sections S having heights ranging from 30% to 70% of the blade height H, more particularly for blade sections S having heights ranging from 20% to 80% of the blade height H, more particularly for the blade sections S having heights ranging from 10% to 90% of the blade height H, the difference in deflection Delta being strictly increasing with the height.
  • the difference in deflections Delta of the first section of blade S1 is strictly less than the difference in deflections Delta of the second section of blade S2
  • the difference in deflections Delta of the second section of blade S2 is strictly less than the difference of Delta deflections of the third blade section S3.
  • a difference between the difference in Delta deflections of the first and second blade sections S1, S2 is substantially identical to a difference between the difference in Delta deflections of the second and third blade sections S2, S3 : Delta (S1 ) ⁇ Delta (S2) ⁇ Delta (S3), and
  • Delta(S3)-Delta(S2) Delta(S2)-Delta(S1), where Delta(S1), Delta(S2), and Delta(S3) represent the difference in arrowheads Delta respectively of the first, second, and third sections of blade S1, S2, S3.
  • An unducted fan for a turbomachine comprises a plurality of blades 1 as described above.
  • the fan may comprise less than 19 blades, for example between 10 and 19 blades, for example 12 blades.
  • the turbomachine may comprise a reduction gear, such as a reduction mechanism with a satellite and planetary gear train, sometimes referred to as the epicyclic type ("planetary gear reduction mechanism” in English) or of the planetary type ("star gear reduction mechanism”). " in English).
  • the reducer is placed between the low pressure shaft and the fan.
  • the reducer is driven in rotation by the low pressure shaft.
  • the fan is then driven by the low-pressure shaft via the reduction mechanism and an additional shaft, called the fan shaft, which is fixed between the reduction mechanism and the disk of the fan.
  • the rotational speed of the fan can be optimized independently of the rotational speed of the low pressure turbine, which makes it possible to achieve higher bypass ratios.
  • the low pressure shaft can rotate at higher rotational speeds than in conventional turbomachines.
  • the turbomachine may not include a reduction gear, in which case the fan is driven directly by the low pressure turbine via the low pressure shaft.
  • the turbomachine can comprise a variable pitch system capable of modifying the pitch of the blades 1 of the fan so as to optimize the aerodynamic flow around the blades 10.
  • the pitch of the blades 1 can for example be adapted in the flight phases likely to 'generate a flow of air upstream of the blades 10 which has an incidence relative to the longitudinal axis, for example the phases of operation, ascent or descent.
  • the distribution of the air flow on the blades 10 can be homogenized, so as to optimize the thrust provided by the turbomachine.
  • the turbine engine may not include a variable blade pitch system 10.
  • An aircraft conventionally comprises at least one turbomachine as described above.

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Abstract

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

Description

Aube pour une hélice non carénée d’une turbomachine
DOMAINE DE L'INVENTION
L’invention concerne le domaine des turbomachines, et plus particulièrement le domaine des aubes pour une soufflante non carénée d’une turbomachine.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Un aéronef comprend classiquement au moins une turbomachine pour en assurer la propulsion.
La turbomachine comprend une soufflante, au moins un compresseur, une chambre de combustion, au moins une turbine, et une tuyère d’échappement des gaz. Par exemple, la turbomachine peut comprendre un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, et une turbine haute pression et une turbine basse pression.
La turbine haute pression entraîne en rotation le compresseur haute pression par l’intermédiaire d’un arbre haute pression, et la turbine basse pression entraîne en rotation le compresseur basse pression par l’intermédiaire d’un arbre basse pression. La turbine basse pression peut également entraîner en rotation la soufflante soit directement par l’intermédiaire de l’arbre basse pression, soit par le biais d’un réducteur disposé entre la turbine basse pression et la soufflante, le réducteur étant entraîné en rotation par l’arbre basse pression.
La soufflante, ou hélice, n’est pas carénée. La turbomachine est donc une soufflante non carénée (en anglais « open rotor », ou « propfan »).
Une aube de soufflante d’une turbomachine est classiquement conçue de sorte à respecter à la fois des contraintes aérodynamiques visant à optimiser l’écoulement aérodynamique le long de l’aube, et des contraintes mécaniques visant à permettre la tenue structurelle de l’aube et son intégration dans la turbomachine. En particulier, la flèche de l’aube au niveau de son bord d’attaque participe à la captation de débit et au maintien à l’ingestion de l’aube, et la flèche de l’aube au niveau de son bord de fuite impacte la corde et la mécanique de l’aube. L’évolution de la flèche de bord d’attaque et de la flèche de bord de fuite le long de la hauteur de l’aube impacte également l’aérodynamique et la mécanique de l’aube.
En outre, la conception d’une aube de soufflante, notamment le choix de sa flèche de bord d’attaque et de sa flèche de bord de fuite, varie en fonction de l’architecture de la turbomachine, par exemple en fonction de la présence ou non d’un réducteur dans la turbomachine, ou en fonction de la présence ou non d’un système de calage variable des aubes de la soufflante.
Le document WO 2013/050724 A1 décrit une loi d’évolution d’un angle de flèche au niveau du bord d’attaque d’une aube de soufflante d’une turbomachine dans une zone de pied de l’aube. Néanmoins, cette loi d’évolution ne permet d’orienter que partiellement la conception de l’aube, puisqu’elle est limitée à la zone de pied de l’aube.
EXPOSE DE L'INVENTION
Un but de l’invention est de proposer une aube pour une soufflante non carénée d’une turbomachine qui présente un compromis aéro-mécanique optimisé.
Un autre but de l’invention est de proposer une aube pour une soufflante non carénée d’une turbomachine qui puisse être mise en oeuvre pour différentes architectures de turbomachine.
Un autre but de l’invention est de proposer un paramétrage d’une aube pour une soufflante non carénée d’une turbomachine, le paramétrage étant fonction de la flèche de bord d’attaque et de la flèche de bord de fuite de l’aube, et permettant d’orienter de manière satisfaisante la conception d’une telle aube pour des architectures variées de turbomachine.
Il est à cet effet proposé, selon un premier aspect de l’invention, une aube pour une soufflante non carénée d’une turbomachine, la turbomachine s’étendant autour d’un axe longitudinal, dans laquelle l’aube comprend une pale à profil aérodynamique présentant un bord d’attaque et un bord de fuite, la pale étant formée d’une pluralité de sections de pales empilées le long d’un axe de pale depuis une extrémité radialement interne jusqu’à une extrémité radialement externe de la pale, une hauteur de pale correspondant à une distance le long de l’axe de pale de l’extrémité radialement interne à l’extrémité radialement externe de la pale, dans laquelle chaque section de pale présente une flèche de bord d’attaque correspondant à un angle entre l’axe de pale et un segment moyen du bord d’attaque au sein de ladite section de pale, et dans laquelle chaque section de pale présente une flèche de bord de fuite correspondant à un angle entre l’axe de pale et un segment moyen du bord de fuite au sein de ladite section de pale, l’aube étant caractérisée en ce qu’une différence de flèches correspondant à une différence entre la flèche de bord d’attaque et la flèche de bord de fuite d’une même section de pale est :
- négative, la différence de flèches étant strictement inférieure à 0° et étant en outre supérieure à -30°, pour toute section de pale présentant une hauteur comprise entre 10% et 30% de la hauteur de pale, et
- positive, la différence de flèches étant strictement supérieure à 0° et étant en outre inférieure à +40°, pour toute section de pale présentant une hauteur comprise entre 50% et 90% de la hauteur de pale.
Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives de l’aube selon le premier aspect sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison : - chaque section de pale s’étend sur au moins 1 % et au plus 10% de la hauteur de pale, de préférence chaque section de pale s’étend sur environ 5% de la hauteur de pale ;
- la différence de flèches change de signe entre deux sections de pale présentant chacune une hauteur comprise entre 30% et 50% de la hauteur de pale, plus particulièrement entre deux sections de pale présentant chacune une hauteur comprise entre 30% et 40% de la hauteur de pale ;
- la différence de flèches est comprise entre -20° et 0° pour toute section de pale présentant une hauteur comprise entre 10% et 30% de la hauteur de pale, et/ou la différence de flèches est comprise entre +10° et +30° pour toute section de pale présentant une hauteur comprise entre 60% et 90% de la hauteur de pale ;
- la différence de flèches est strictement croissante avec la hauteur pour les sections de pale présentant des hauteurs allant de 30% à 70% de la hauteur de pale, plus particulièrement pour les sections de pale présentant des hauteurs allant de 20% à 80% de la hauteur de pale, plus particulièrement pour les sections de pale présentant des hauteurs allant de 10% à 90% de la hauteur de pale
- la différence de flèches augmente de manière sensiblement linéaire pour les sections de pale présentant des hauteurs allant de 30% à 70% de la hauteur de pale, plus particulièrement pour les sections de pale présentant des hauteurs allant de 20% à 90% de la hauteur de pale.
Selon un deuxième aspect, l’invention propose une soufflante non carénée pour une turbomachine comprenant une pluralité d’aubes selon le premier aspect.
Optionnellement, la soufflante comprend moins de 19 aubes, par exemple entre 10 et 19 aubes, par exemple 12 aubes.
Selon un troisième aspect, l’invention propose une turbomachine comprenant une soufflante non carénée selon le deuxième aspect (en anglais « open rotor », ou « propfan »).
Selon un quatrième aspect, l’invention propose un aéronef comprenant au moins une turbomachine selon le troisième aspect.
DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 illustre une vue en perspective schématique d’une aube selon un mode de réalisation de l’invention, comprenant une pale formée d’une pluralité de sections de pales empilées le long d’un axe de pale. La figure 2 est un graphe illustrant un exemple d’évolution d’une différence entre la flèche de bord d’attaque et la flèche de bord de fuite le long d’une hauteur d’une aube selon un mode de réalisation de l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Dans la présente demande, l'amont et l'aval sont définis par rapport au sens d'écoulement normal du gaz dans la soufflante à travers la turbomachine, un flux d’air s’écoulant dans la turbomachine depuis l’amont vers l’aval. L’axe longitudinal correspond à un axe de rotation de la soufflante de la turbomachine. Un axe radial est un axe perpendiculaire à l’axe longitudinal et passant par lui. Une direction longitudinale, respectivement une direction radiale, correspond à la direction de l'axe longitudinal, respectivement de l’axe radial.
Les termes interne et externe, respectivement, sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie ou la face interne d'un élément est plus proche de l'axe longitudinal que la partie ou la face externe du même élément.
La turbomachine s’étend autour d’un axe longitudinal.
La turbomachine comprend une soufflante, au moins un compresseur, une chambre de combustion, au moins une turbine, et une tuyère d’échappement des gaz. Par exemple, la turbomachine peut comprendre un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, et une turbine haute pression et une turbine basse pression.
La turbine haute pression entraîne en rotation le compresseur haute pression par l’intermédiaire d’un arbre haute pression, et la turbine basse pression entraîne en rotation le compresseur basse pression par l’intermédiaire d’un arbre basse pression. La turbine basse pression peut également entraîner en rotation la soufflante soit directement par l’intermédiaire de l’arbre basse pression, soit par le biais d’un réducteur disposé entre la turbine basse pression et la soufflante, le réducteur étant entraîné en rotation par l’arbre basse pression.
La soufflante, ou hélice, n’est pas carénée. La turbomachine est donc une soufflante non carénée (en anglais « open rotor », ou « propfan »).
La soufflante de la turbomachine comprend un disque de soufflante portant une pluralité d’aubes 1 de soufflante.
Chaque aube 1 peut être une aube 1 composite comprenant une structure en matériau composite comportant un renfort fibreux obtenu par tissage tridimensionnel et une matrice dans laquelle est noyé le renfort fibreux.
Le renfort fibreux peut être formé à partir d’une préforme fibreuse en une seule pièce obtenue par tissage tridimensionnel ou multicouche avec épaisseur évolutive. Le renfort fibreux peut comprendre alors des torons de chaîne et de trame qui peuvent notamment comprendre des fibres en carbone, en verre, en basalte, et/ou en aramide. La matrice peut être une matrice polymère, par exemple époxyde, bismaléimide ou polyimide. L’aube 1 est alors formée par moulage au moyen d’un procédé d’injection sous vide de résine du type RTM (pour « Resin Transfer Moulding), ou encore VARRTM (pour Vacuum Resin Transfer Molding).
Une aube 1 pour une soufflante d’une turbomachine est illustrée à titre d’exemple non limitatif en figure 1 .
L’aube 1 comprend une pale 10 à profil aérodynamique présentant un bord d’attaque 11 et un bord de fuite 12. La pale 10 est formée d’une pluralité de sections de pales S empilées le long d’un axe de pale P depuis une extrémité radialement interne 13 jusqu’à une extrémité radialement externe 14 de la pale 10. Une hauteur de pale H correspond à une distance le long de l’axe de pale P de l’extrémité radialement interne 13 à l’extrémité radialement externe 14 de la pale 10.
La pale 10 à profil aérodynamique est propre à être placée dans un flux d’air s’écoulant au niveau de la turbomachine lorsque la turbomachine est en fonctionnement, afin de générer une portance.
Plus précisément, la pale 10 peut être propre à s’étendre dans un espace d’écoulement d’air ambiant extérieur à la turbomachine, la pale 10 étant disposée à l’extérieur de la turbomachine, en particulier à l’extérieur de la nacelle de la turbomachine. L’extrémité radialement interne 13 de la pale 10 peut être située radialement sensiblement au niveau de la nacelle de la turbomachine, la nacelle délimitant une paroi interne de l’espace d’écoulement. L’extrémité radialement externe 14 de la pale 10 peut être radialement éloignée de la nacelle de la turbomachine, à l’extérieur de la nacelle.
L’aube 1 peut comprendre en outre un pied 20 et une échasse 30. Le pied 20 est destiné à permettre la fixation de l’aube 1 au disque de soufflante et s’étend à cet effet entre un fond d’une empreinte formée dans le disque de soufflante et la sortie de portées de l’empreinte.
L’échasse 30 correspond à la zone qui s’étend entre le pied 20 et la pale 10, c’est-à- dire entre la sortie des portées du disque et l’extrémité radialement interne 13 de la pale 10. Le pied 20 est situé en une position radialement plus interne que l’échasse 30, et l’échasse 30 est située en position radialement plus interne que la pale 10.
Le bord d’attaque 11 et le bord de fuite 12 de la pale 10 sont reliés par une paroi intrados et une paroi extrados.
Le bord d’attaque 11 de la pale 10 forme une extrémité amont de la pale 10 dans l’espace d’écoulement. Il correspond à la partie antérieure d'un profil aérodynamique qui fait face au flux d'air et qui divise l'écoulement d'air en un écoulement d'intrados et en un écoulement d’extrados. Le bord d’attaque 11 de la pale 10 est ainsi configuré pour s’étendre en regard de l'écoulement des gaz autour de la turbomachine. Le bord de fuite 12 correspond à la partie postérieure du profil aérodynamique, où se rejoignent les écoulements intrados et extrados, et forme une extrémité aval de la pale 10 dans l’espace d’écoulement. Sur l’exemple non limitatif illustré en figure 1 , l’aube 1 est équipée d’un bouclier, le bord d’attaque de la pale 10 correspondant à l’extrémité amont du bouclier.
Le bord d’attaque 11 peut correspondre à une ligne s’étendant sur toute la hauteur de la pale 10 et formée par l’ensemble des points situés en une position la plus amont de la pale 10, la ligne de bord d’attaque reliant le point amont de l’extrémité radialement interne 13 au point amont de l’extrémité radialement externe 14 de la pale 10. Le bord de fuite 12 peut correspondre à une ligne s’étendant sur toute la hauteur de la pale 10 et formée par l’ensemble des points situés en une position la plus aval de la pale 10, la ligne de bord de fuite reliant le point aval de l’extrémité radialement interne 13 au point aval de l’extrémité radialement externe 14 de la pale 10.
L’axe de pale P peut être un axe incliné de quelques degrés par rapport à l’axe radial, ou être un axe sensiblement radial. L’extrémité radialement interne 13 de la pale 10 correspond à une extrémité de la pale 10 qui est opposée à l’extrémité radialement externe 14 de la pale 10 par rapport à l’axe de pale P.
Le terme « hauteur » est utilisé pour désigner une distance suivant l’axe de pale P. Ainsi, la pale 10 présente une hauteur de pale H correspondant à la distance suivant l’axe de pale P entre son extrémité radialement interne 13 et son extrémité radialement externe 14.
La hauteur d’une section de pale S correspond à une hauteur moyenne de la section de pale S, c’est-à-dire à la moyenne d’une hauteur du point le plus interne et d’une hauteur du point le plus externe de ladite section de pale S.
La hauteur de pale H peut varier le long de l’axe longitudinal, par exemple du fait de la découpe externe de l’aube 1. Dans la suite de la demande, la hauteur d’un point ou d’une section S de la pale 10 est exprimée en fonction de la hauteur relative dudit point ou de ladite section de pale S par rapport à la hauteur de pale H, la hauteur relative étant définie entre 0% et 100%.
Ainsi, l’extrémité radialement interne 13 de la pale 10 est située à 0% de la hauteur de pale H, et l’extrémité radialement externe 14 de la pale 10 est située à 100% de la hauteur de pale H. Une hauteur de 0% ne correspond donc pas à une position du pied 20 de l’aube 1 , mais à une position de la paroi interne de l’espace d’écoulement, délimitée par la nacelle. Une section de pale S présentant une hauteur de 15% correspond à une section de pale S située à en moyenne 15% de la hauteur de pale H, par exemple à une section de pale S s’étendant sensiblement entre 10% et 20% de la hauteur de pale H, ainsi qu’illustré à titre d’exemple non limitatif en figure 1 . La hauteur d’un point de bord d’attaque 11 , respectivement d’un point de bord de fuite 12, de la pale 10, est exprimée en fonction de la hauteur relative dudit point de bord d’attaque 11 , respectivement de bord de fuite 12, par rapport à la hauteur de pale H au niveau du bord d’attaque 11 , respectivement du bord de fuite 12.
L’angle de flèche F(BA), F(BF), ainsi qu’illustré en figure 1 , est défini conformément au document ée Leroy H. Smith ét al. « Sweep and Dihedral Effects in Axial-Flow Turbomachinery », September 1963, Journal of Basic Engineering, 401-414. On utilise l’approche géométrique sans prendre en compte les angles fluides qui sont dépendant du point de cycle. Si l'écoulement est purement axial, ce qui est globalement le cas, et si on considère pour l’exemple un aubage fixe avec un calage constant sur sa hauteur, la flèche de bord d’attaque F(BA) exprime une inclinaison du bord d’attaque 11 , plus particulièrement de la ligne de bord d’attaque, par rapport à l’axe de pale P. De manière similaire, la flèche de bord de fuite F(BF) exprime une inclinaison du bord de fuite 12, plus particulièrement de la ligne de bord de fuite, par rapport à l’axe de pale P. En d’autres termes, la pale 10 présente une flèche non nulle lorsque la direction du flux s’écoulant au niveau de la pale 10 n’est pas perpendiculaire à la direction de l’axe de pale P.
Dans la suite de la demande, le terme « positif » est utilisé pour signifier « strictement supérieur à 0 », le terme « négatif » est utilisé pour signifier « strictement inférieur à 0 ». Les termes « compris entre X et Y » sont utilisés pour signifier « supérieur ou égal à X et inférieur ou égal à Y ». Les termes « strictement compris entre X et Y » sont utilisés pour signifier « strictement supérieur à X et strictement inférieur à Y ».
Pour une section de pale S, une flèche de bord d’attaque F(BA), respectivement de bord de fuite F(BF), qui est positive correspond à une inclinaison vers l’aval du segment moyen de bord d’attaque 11 , respectivement de bord de fuite 12, de ladite section de pale S. Une flèche de bord d’attaque F(BA), respectivement de bord de fuite F(BF), qui est négative, correspond à une inclinaison vers l’amont du bord d’attaque 11 , respectivement du bord de fuite 12, de ladite section de pale S. Une flèche de bord d’attaque F(BA), respectivement de bord de fuite F(BF), qui est nulle, correspond à un bord d’attaque 11 , respectivement à un bord de fuite 12, orienté sensiblement selon l’axe de pale P.
La différence de flèches Delta d’une section de pale S, c’est-à-dire la différence entre la flèche de bord d’attaque F(BA) et la flèche de bord de fuite F(BF) de la section de pale S, est obtenue en soustrayant la valeur de la flèche de bord de fuite F(BF) à la valeur de la flèche de bord d’attaque F(BA) de la section de pale S : Delta (S) = F(BA) - F(BF), où Delta (S) est la différence de flèches Delta, F(BA) est la flèche de bord d’attaque F(BA), et F(BF) est la flèche de bord de fuite F(BF), pour la section de pale S donnée.
Dans la suite de la demande, la flèche est déterminée avec une certaine tolérance. Ainsi, une différence de flèches Delta est déterminée à +/- 5° près, plus particulièrement à +/- 2° près, plus particulièrement à +/-1 ° près. En d’autres termes, si une différence de flèches Delta est « nulle » ou « sensiblement nulle », les deux angles de flèche sont égaux à +/- 5° près, plus particulièrement à +1-2° près, plus particulièrement à +/-1 ° près. Également, lorsqu’une variation est « linéaire » ou « sensiblement linéaire », elle est linéaire à +/- 5° près, plus particulièrement à +1-2° près, plus particulièrement à +/-1 ° près.
Chaque section de pale S présente une flèche de bord d’attaque F(BA) correspondant à un angle entre l’axe de pale P et un segment moyen du bord d’attaque 11 au sein de ladite section de pale S, et chaque section de pale S présente une flèche de bord de fuite F(BF) correspondant à un angle entre l’axe de pale P et un segment moyen du bord de fuite 12 au sein de ladite section de pale S.
Une différence de flèches Delta correspondant à une différence entre la flèche de bord d’attaque F(BA) et la flèche de bord de fuite F(BF) d’une même section de pale S est :
- négative, la différence de flèches Delta étant strictement inférieure à 0° et étant en outre supérieure ou égale à -30°, pour toute section de pale S présentant une hauteur comprise entre 10% et 30% de la hauteur de pale H, et
- positive, la différence de flèches Delta étant strictement supérieure à 0° et étant en outre inférieure ou égale à +40°, pour toute section de pale S présentant une hauteur comprise entre 50% et 90% de la hauteur de pale H.
L’aube 1 décrite ci-dessus présente un compromis aéro-mécanique optimisé. Ainsi, le rendement aérodynamique de l’aube 1 est amélioré tout en respectant les contraintes mécaniques nécessaires à l’implémentation de l’aube 1 dans la turbomachine.
En outre, le paramétrage de l’aube est fonction de la flèche de bord d’attaque et de la flèche de bord de fuite de l’aube, et permet d’orienter de manière satisfaisante la conception de l’aube pour des architectures variées de turbomachine.
La conception de l’aube 1 décrite ci-dessus peut ainsi être orientée à l’aide d’un paramètre unique, qui correspond à une variation, le long de la hauteur de la pale 10, de la différence entre la flèche de bord d’attaque F(BA) et la flèche de bord de fuite F(BF) de la pale 10. Ainsi, l’aube 1 peut être conçue de manière plus simple et avec un coût réduit.
De plus, le paramètre décrit ci-dessus est adapté pour orienter la conception d’une aube 1 qui est mise en oeuvre dans différentes architectures de turbomachine, par exemple dans une turbomachine comprenant ou non un réducteur, dans une turbomachine comprenant ou non un système de calage variable des aubes 1 , etc.
Pour une section de pale S donnée, une différence de flèches Delta de la section de pale S qui est négative, à savoir strictement inférieure à 0 (Delta < 0), signifie que, pour la section de pale S donnée :
- si la flèche de bord d’attaque F(BA) est positive (F(BA) > 0), c’est-à-dire que le bord d’attaque 11 est incliné vers l’aval, alors la flèche de bord de fuite F(BF) est positive et est supérieure à la flèche de bord d’attaque F(BA) (F(BF) > 0 et (F(BF) > F(BA)), le bord de fuite 12 étant davantage incliné vers l’aval que le bord d’attaque 11 ;
- si la flèche de bord d’attaque F(BA) est négative (F(BA) < 0), le bord d’attaque 11 étant incliné vers l’amont, alors :
- soit la flèche de bord de fuite F(BF) est positive (F(BF) > 0), le bord de fuite 12 étant incliné vers l’aval,
- soit la flèche de bord de fuite F(BF) est nulle (F(BF) = 0), une direction du bord de fuite 12 correspondant sensiblement à une direction de l’axe de pale P,
- soit la flèche de bord de fuite F(BF) est négative et est inférieure à la flèche de bord d’attaque F(BA) (F(BF) < 0 et F(BF) < F(BA)), le bord de fuite 12 étant moins incliné vers l’amont que le bord d’attaque 11 ,
- si la flèche de bord d’attaque F(BA) est nulle (F(BA) = 0), une direction du bord d’attaque 11 correspondant sensiblement à une direction de l’axe de pale P, alors la flèche de bord de fuite F(BF) est positive (F(BF) > 0), le bord de fuite 12 étant incliné vers l’aval.
Pour une section de pale S donnée, une différence de flèches Delta de la section de pale S qui est positive, à savoir strictement supérieure à 0 (Delta > 0) signifie que, pour la section de pale S donnée :
- si la flèche de bord d’attaque F(BA) est positive (F(BA) > 0), c’est-à-dire que le bord d’attaque 11 est incliné vers l’aval, alors :
- soit la flèche de bord de fuite F(BF) est négative (F(BF) < 0), le bord de fuite 12 étant incliné vers l’amont,
- soit la flèche de bord de fuite F(BF) est nulle (F(BF) = 0), une direction du bord de fuite 12 correspondant sensiblement à une direction de l’axe de pale P,
- soit la flèche de bord de fuite F(BF) est positive et est inférieure à la flèche de bord d’attaque F(BA) (F(BF) > 0 et F(BF) < F(BA)), le bord de fuite 12 étant moins incliné vers l’aval que le bord d’attaque 11 ;
- si la flèche de bord d’attaque F(BA) est négative (F(BA) < 0), le bord d’attaque 11 étant incliné vers l’amont, alors la flèche de bord de fuite F(BF) est négative et est supérieure à la flèche de bord d’attaque F(BA) (F(BF) < 0 et F(BF) > F(BA)), le bord de fuite 12 étant davantage incliné vers l’amont que le bord d’attaque 11 ;
- si la flèche de bord d’attaque F(BA) est nulle (F(BA) = 0), une direction du bord d’attaque 11 correspondant sensiblement à une direction de l’axe de pale P, alors la flèche de bord de fuite F(BF) est négative (F(BF) < 0), le bord de fuite 12 étant incliné vers l’amont.
Pour une section de pale S donnée, une différence de flèches Delta de la section de pale S qui est nulle (Delta = 0) signifie que, pour la section de pale S donnée, la flèche de bord d’attaque F(BA) et la flèche de bord de fuite F(BF) sont sensiblement égales (F(BA) = F(BF)), qu’elles soient positives, négatives ou nulles. Chaque section de pale S peut être délimitée par une coupe sensiblement conique qui correspond à une ligne de courant du flux d’écoulement dans l’espace d’écoulement le long de la pale 10.
Chaque section de pale S peut s’étendre sur au moins 1 % et au plus 10% de la hauteur de pale H, le nombre de sections de pale S étant compris entre 10 et 100. Ainsi, la discrétisation des sections de pale S résultante est suffisante pour représenter la géométrie de la pale 10.
En particulier, chaque section de pale S peut s’étendre sur 5% de la hauteur de pale H, la pale 10 étant divisée en 20 sections de pale S empilées le long de l’axe de pale P, une section de pale S s’étendant sur 5% de la hauteur de pale H.
La figure 1 illustre à titre d’exemple non limitatif une pale 10 comprenant 10 sections de pale S, chaque section de pale S s’étendant sur 10% de la hauteur de pale H. Plus particulièrement, les points d’intersection de chacune des dix sections de pale S avec le bord d’attaque 11 et avec le bord de fuite 12 de la pale 10 sont illustrés sur la figure 1 . En outre, la flèche de bord d’attaque F(BA) et la flèche de bord de fuite F(BF) de l’une des sections de pale S sont illustrées sur la figure 1 .
La figure 2 illustre à titre d’exemple non limitatif un graphe d’évolution de la différence de flèches Delta d’une pale 10 le long de la hauteur de la pale 10, c’est-à-dire un paramétrage des différences entre la flèche de bord d’attaque F(BA) et la flèche de bord de fuite F(BF) des sections S d’une pale 10 de soufflante non carénée en fonction de la hauteur de la pale 10. L’abscisse représente la variation de flèches, notée Delta, et l’ordonnée représente la hauteur relative, notée h, et exprimée en pourcentage (%) de la hauteur de pale H. Il est entendu que d’autres évolutions de la différence de flèches Delta non représentées peuvent être compatibles de la pale 10.
Les valeurs de la différence de flèches Delta qui sont précisées ci-dessous permettent d’obtenir une évolution de la différence de flèches Delta le long de la hauteur de la pale 10 qui aboutit à une aube 1 présentant un compromis aéro-mécanique encore amélioré.
La différence de flèches Delta est négative, donc strictement inférieure à 0°, et est en outre supérieure ou égale à, voire strictement supérieure à, -30°, pour toute section de pale S présentant une hauteur comprise entre 10% et 30% de la hauteur de pale H. Ainsi, une zone de la pale 10 s’étendant sur une hauteur comprise entre 10% et 30% de la hauteur de pale H est une zone à différence de flèches négative Z1 . La différence de flèches Delta est positive, donc strictement supérieure à 0°, et est entre outre inférieure ou égale à, voire strictement inférieure à, +40°, pour toute section de pale S présentant une hauteur comprise entre 50% et 90% de la hauteur de pale H. Ainsi, une zone de la pale 10 s’étendant sur une hauteur comprise entre 50% et 90% de la hauteur de pale H est une zone à différence de flèches positive Z2. Enfin, une zone de la pale 10 s’étendant sur une hauteur comprise entre 30% et 50% de la hauteur de pale H est une zone de transition de la différence de flèches Z3, dans laquelle la différence de flèches Delta peut être négative, nulle ou positive.
La différence de flèches Delta peut être strictement inférieure à 0° et être en outre supérieure ou égale à, voire strictement supérieure à, -30°, pour toute section de pale S présentant une hauteur comprise entre, voire strictement comprise entre, 0% et 30% de la hauteur de pale H.
La différence de flèches Delta peut être strictement inférieure à 0° et être en outre supérieure ou égale à, voire strictement supérieure à, -20°, pour toute section de pale S présentant une hauteur comprise entre 10%, voire 0%, et 30%, de la hauteur de pale H.
La différence de flèches Delta peut être strictement supérieure à 0° et être en outre inférieure ou égale à, voire strictement inférieure à, +30°, pour toute section de pale S présentant une hauteur comprise entre 50%, voire 40%, et 90%, voire 100%, de la hauteur de pale H.
La différence de flèches Delta peut être strictement supérieure à 0° et être en outre inférieure ou égale à, voire strictement inférieure à, +20°, pour toute section de pale S présentant une hauteur comprise, voire strictement comprise entre, entre 40% et 70% de la hauteur de pale H.
La différence de flèches Delta peut être égale à -10° pour une section de pale S présentant une hauteur de 18% de la hauteur de pale H, et/ou peut être égale à 0° pour une section de pale S présentant une hauteur de 33% de la hauteur de pale H, et/ou peut être égale à +20° pour une section de pale S présentant une hauteur de 72% de la hauteur de pale H.
La différence de flèches Delta peut changer de signe entre deux sections de pale S présentant chacune une hauteur comprise entre 30% et 50% de la hauteur de pale H, plus particulièrement entre deux sections de pale S présentant chacune une hauteur comprise entre 30% et 40% de la hauteur de pale H. Ainsi, la différence de flèches Delta est négative pour une première section de pale S présentant une hauteur comprise entre 30% et 50%, plus particulièrement entre 30% et 40%, de la hauteur de pale H, et est positive pour une deuxième section de pale S présentant une hauteur comprise entre 30% et 50%, plus particulièrement entre 30% et 40%, de la hauteur de pale H. La deuxième section de pale S est adjacente à la première section de pale S et présente une hauteur supérieure à la hauteur de la première section de pale S, la deuxième section de pale S étant située en une position radialement externe par rapport à la première section de pale S. En variante, la différence de flèches Delta peut être négative sur la première section de pale S, être sensiblement nulle sur la deuxième section de pale S, puis être positive sur une troisième section de pale S adjacente à la deuxième section de pale S et présentant une hauteur supérieure à la hauteur de la deuxième section de pale S.
La différence de flèches Delta peut être comprise entre, voire strictement comprise entre, -20° et 0°, pour toute section de pale S présentant une hauteur comprise entre, voire strictement comprise entre, 10% et 30% de la hauteur de pale H.
La différence de flèches Delta peut être comprise entre, voire strictement comprise entre, +10° et +30°, pour toute section de pale S présentant une hauteur comprise entre, voire strictement comprise entre, 60% et 90% de la hauteur de pale H.
La différence de flèches Delta peut être comprise entre, voire strictement comprise entre, -10° et +10°, pour toute section de pale S présentant une hauteur comprise entre, voire strictement comprise entre, 20% et 50% de la hauteur de pale H.
La différence de flèches Delta peut être comprise entre, voire strictement comprise entre, -20° et -10°, pour toute section de pale S présentant une hauteur comprise entre 10% et 15%, voire entre 0% et 15%, de la hauteur de pale H.
La différence de flèches Delta peut être comprise entre +5° et +30°, plus particulièrement entre +10° et +30°, pour toute section de pale S présentant une hauteur comprise entre 50% et 90%, voire entre 50% et 100%, de la hauteur de pale H.
La différence de flèches Delta peut être décroissante à proximité de l’extrémité radialement interne et/ou de l’extrémité radialement externe de la pale, plus particulièrement être décroissante et comprise entre -10° et -20° pour les sections de pale S présentant des hauteurs allant de 0% à 5% de la hauteur de pale H, et/ou être décroissante et comprise entre +30° et +20° pour les sections de pale S présentant des hauteurs allant de 95% à 100% de la hauteur de pale H.
La différence de flèches Delta peut augmenter de manière sensiblement monotone pour les sections de pale S présentant des hauteurs allant de 20% à 70%, plus particulièrement de 10% à 90%, de la hauteur de pale H. En d’autres termes, la différence de flèches Delta est soit constante soit strictement croissante avec la hauteur, mais ne diminue pas avec la hauteur, pour les sections de pale S présentant des hauteurs allant de 20% à 70%, plus particulièrement de 10% à 90%, de la hauteur de pale H. Ainsi, pour une première section de pale S1 adjacente et radialement interne à une deuxième section de pale S2, la deuxième section de pale S2 étant adjacente et radialement interne à une troisième section de pale S3, la différence de flèches Delta de la première section de pale S1 est inférieure ou égale à la différence de flèches Delta de la deuxième section de pale S2, et la différence de flèches Delta de la deuxième section de pale S2 est inférieure ou égale à la différence de flèches Delta de la troisième section de pale S3 : Delta (S1 ) < Delta (S2) < Delta (S3), où Delta (S1 ), Delta (S2) et Delta (S3) représentent la différence de flèches Delta respectivement des première, deuxième et troisième sections de pale S1 , S2, S3.
En particulier, la différence de flèches Delta peut être strictement croissante avec la hauteur pour les sections de pale S présentant des hauteurs allant de 30% à 70% de la hauteur de pale H, plus particulièrement pour les sections de pale S présentant des hauteurs allant de 20% à 80% de la hauteur de pale H, plus particulièrement pour les sections de pale S présentant des hauteurs allant de 10% à 90% de la hauteur de pale H. Ainsi, la différence de flèches Delta de la première section de pale S1 est strictement inférieure à la différence de flèches Delta de la deuxième section de pale S2, et la différence de flèches Delta de la deuxième section de pale S2 est strictement inférieure à la différence de flèches Delta de la troisième section de pale S3 :
Delta (S1 ) < Delta (S2) < Delta (S3), où Delta (S1 ), Delta (S2) et Delta (S3) représentent la différence de flèches Delta respectivement des première, deuxième et troisième sections de pale S1 , S2, S3.
La différence de flèches Delta peut augmenter de manière sensiblement linéaire pour les sections de pale S présentant des hauteurs allant de 30% à 70% de la hauteur de pale H, plus particulièrement pour les sections de pale S présentant des hauteurs allant de 20% à 80% de la hauteur de pale H, plus particulièrement pour les sections de pale S présentant des hauteurs allant de 10% à 90% de la hauteur de pale H, la différence de flèches Delta étant strictement croissante avec la hauteur. Ainsi, la différence de flèches Delta de la première section de pale S1 est strictement inférieure à la différence de flèches Delta de la deuxième section de pale S2, et la différence de flèches Delta de la deuxième section de pale S2 est strictement inférieure à la différence de flèches Delta de la troisième section de pale S3. En outre, l’augmentation étant sensiblement linéaire, un écart entre la différence de flèches Delta des première et deuxième sections de pale S1 , S2 est sensiblement identique à un écart entre la différence de flèches Delta des deuxième et troisième sections de pale S2, S3 : Delta (S1 ) < Delta (S2) < Delta (S3), et
Delta (S3) - Delta (S2) = Delta (S2) - Delta (S1 ), où Delta (S1 ), Delta (S2) et Delta (S3) représentent la différence de flèches Delta respectivement des première, deuxième et troisième sections de pale S1 , S2, S3.
Une soufflante non carénée pour une turbomachine comprend une pluralité d’aubes 1 telles que décrites ci-dessus.
La soufflante peut comprendre moins de 19 aubes, par exemple entre 10 et 19 aubes, par exemple 12 aubes.
La turbomachine peut comprendre un réducteur, tel qu’un mécanisme de réduction à train d’engrenages à satellites et planétaire, qualifié parfois de type épicycloïdal (« planetary gear reduction mecanism » en anglais) ou de type planétaire (« star gear reduction mecanism » en anglais). Le réducteur est placé entre l’arbre basse pression et la soufflante. Le réducteur est entraîné en rotation par l’arbre basse pression. La soufflante est alors entraînée par l’arbre basse pression par l’intermédiaire du mécanisme de réduction et d’un arbre supplémentaire, dit arbre de soufflante, qui est fixé entre le mécanisme de réduction et le disque de la soufflante. Ainsi, la vitesse de rotation de la soufflante peut être optimisée indépendamment de la vitesse de rotation de la turbine basse pression, ce qui permet d’atteindre des taux de dilution plus élevés. Notamment, il est possible de réduire la vitesse de rotation de la soufflante, et d’augmenter la puissance extraite par la turbine basse pression. En outre, l’arbre basse pression peut tourner à des vitesses de rotation plus élevées que dans les turbomachines conventionnelles.
En variante, la turbomachine peut ne pas comprendre de réducteur, auquel cas la soufflante est entraînée directement par la turbine basse pression via l’arbre basse pression.
La turbomachine peut comprendre un système de calage variable capable de modifier le calage des aubes 1 de la soufflante de sorte à optimiser l’écoulement aérodynamique autour des pales 10. Le calage des aubes 1 peut par exemple être adapté dans les phases de vol susceptibles d’engendrer un flux d’air en amont des pales 10 qui présente une incidence par rapport à l’axe longitudinal, par exemple les phases de manoeuvre, de montée ou de descente. Ainsi, la distribution du flux d’air sur les pales 10 peut être homogénéisée, de sorte à optimiser la poussée fournie par la turbomachine.
En variante, la turbomachine peut ne pas comprendre de système de calage variable des pales 10.
Un aéronef comprend classiquement au moins une turbomachine telle que décrite ci- dessus.

Claims

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