FR3016390A1

FR3016390A1 - DAWN SUPPRESSING ACOUSTIC REFLECTIONS, AND TURBOMACHINE

Info

Publication number: FR3016390A1
Application number: FR1450273A
Authority: FR
Inventors: Jonathan Vlastuin; Adrien Laurenceau; Sebastien Tajan; Adrien Fabre
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2014-01-14
Filing date: 2014-01-14
Publication date: 2015-07-17
Anticipated expiration: 2034-01-14
Also published as: FR3016390B1

Abstract

L'invention concerne une aube (1) de rotor de turbomachine, comprenant une enveloppe (2) externe entourant un volume (3) interne, caractérisée en ce qu'elle comprend : - une structure (4) alvéolée disposée dans le volume (3) interne, ladite structure (4) comprenant un réseau d'une pluralité d'alvéoles (5); - une pluralité d'ouvertures (8) pratiquées dans l'enveloppe (2), qui débouchent sur les alvéoles (5). L'invention concerne également une turbomachine comprenant au moins deux hélices non carénées, l'une des hélices comprenant des aubes telles que décrites.The invention relates to a blade (1) for a turbomachine rotor, comprising an outer casing (2) surrounding an internal volume (3), characterized in that it comprises: - a cellular structure (4) arranged in the volume (3) ), said structure (4) comprising an array of a plurality of cells (5); - A plurality of openings (8) formed in the casing (2), which open on the cells (5). The invention also relates to a turbomachine comprising at least two unducted propellers, one of the propellers comprising blades as described.

Description

Domaine de l'invention L'invention concerne une aube de rotor de turbomachine, permettant de lutter contre des perturbations acoustiques. L'invention concerne en particulier une turbomachine comprenant au moins deux hélices non carénées, dont les aubes permettent de réduire des interactions acoustiques. Présentation de l'Art Antérieur Une contrainte majeure des turbomachines consiste à réduire leur niveau de bruit. Certaines turbomachines présentent un générateur de gaz en amont et des hélices en aval. Dans ce cas, la nacelle de la turbomachine est attachée au fuselage de l'aéronef par l'intermédiaire d'un pylône situé en amont de la première hélice. Cette configuration engendre un bruit d'interaction entre le pylône et les aubes. En outre, ces turbomachines comprennent en général deux hélices externes non carénées, coaxiales et contrarotatives. Or, les interactions aéro-acoustiques entre les aubes amont et aval accroissent l'émission de bruit. Les sillages provenant de l'hélice amont viennent impacter la surface en rotation des aubes aval, avec une vitesse d'impact décuplée par la vitesse de rotation de l'hélice amont et la vitesse de rotation de l'hélice aval. Ceci génère de fortes fluctuations de pression sur les aubes aval, rayonnées dans toutes les directions. Cette configuration est à l'origine du bruit accru des hélices non carénées comparativement aux hélices classiques. Dans l'art antérieur, il est connu de jouer sur les paramètres aérodynamiques de l'écoulement afin de réduire le bruit. Par exemple, il est connu de réduire les émissions de sillage, ou de réduire le tourbillon marginal en tête d'aube.Field of the Invention The invention relates to a turbomachine rotor blade for controlling acoustic disturbances. The invention relates in particular to a turbomachine comprising at least two unducted propellers, whose blades make it possible to reduce acoustic interactions. Presentation of the Prior Art A major constraint of turbomachines is to reduce their noise level. Some turbomachines have a gas generator upstream and propellers downstream. In this case, the nacelle of the turbomachine is attached to the fuselage of the aircraft through a pylon located upstream of the first propeller. This configuration generates a noise of interaction between the pylon and the blades. In addition, these turbomachines generally comprise two outer propellers not careened, coaxial and counter-rotating. However, the aero-acoustic interactions between the upstream and downstream blades increase the noise emission. The wakes from the upstream propeller impact the rotating surface of the downstream blades, with a speed of impact increased by the speed of rotation of the upstream propeller and the speed of rotation of the downstream propeller. This generates strong pressure fluctuations on the downstream blades, radiated in all directions. This configuration is responsible for the increased noise of unvented propellers compared to conventional propellers. In the prior art, it is known to play on the aerodynamic parameters of the flow in order to reduce the noise. For example, it is known to reduce wake emissions, or to reduce the marginal vortex at the top of the blade.

Toutefois, ces solutions ont pour conséquence de réduire le rendement des aubes. Il convient donc de proposer des solutions permettant de réduire le bruit des turbomachines, en particulier des turbomachines à hélices non 5 carénées, tout en maintenant les performances aérodynamiques des aubes. Présentation de l'invention L'invention propose une aube de rotor de turbomachine, comprenant une enveloppe externe entourant un volume interne, 10 caractérisée en ce qu'elle comprend une structure alvéolée disposée dans le volume interne, ladite structure comprenant un réseau d'une pluralité d'alvéoles, une pluralité d'ouvertures pratiquées dans l'enveloppe, qui débouchent sur les alvéoles. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques 15 suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : chaque alvéole comprend une cavité, et chaque ouverture débouche sur la cavité d'une alvéole, lesdites cavités étant fermées et ne débouchant que vers lesdites ouvertures ; 20 les alvéoles sont disposées le long du bord d'attaque de l'aube ; les alvéoles sont disposées dans le dernier tiers supérieur de l'aube ; les alvéoles sont disposées du côté extrados de l'enveloppe ; 25 les alvéoles comprennent une cavité comprenant une mousse ; la partie de l'enveloppe qui recouvre les alvéoles, est constituée d'un film d'épaisseur inférieure à l'épaisseur du reste de l'enveloppe. 30 L'invention concerne également une turbomachine comprenant au moins deux hélices non carénées, au moins l'une des deux hélices comprenant des aubes telles que décrites.However, these solutions have the effect of reducing the efficiency of the blades. It is therefore necessary to propose solutions that make it possible to reduce the noise of turbomachines, in particular turbines with non-keeled propellers, while maintaining the aerodynamic performance of the blades. Presentation of the invention The invention proposes a turbomachine rotor blade, comprising an outer envelope surrounding an internal volume, characterized in that it comprises a honeycomb structure disposed in the internal volume, said structure comprising a network of a a plurality of cells, a plurality of openings in the envelope, which open into the cells. The invention is advantageously completed by the following features, taken alone or in any of their technically possible combination: each cell comprises a cavity, and each opening opens on the cavity of a cell, said cavities being closed and opening only towards said openings; The cells are disposed along the leading edge of the blade; the cells are arranged in the last upper third of the blade; the cells are arranged on the extrados side of the envelope; The cells comprise a cavity comprising a foam; the part of the envelope which covers the cells, consists of a film of thickness less than the thickness of the rest of the envelope. The invention also relates to a turbomachine comprising at least two unducted propellers, at least one of the two propellers comprising blades as described.

Selon un aspect possible, l'hélice disposée en aval de la turbomachine comprend des aubes telles que décrites, les alvéoles des aubes de l'hélice aval permettant d'atténuer l'amplitude d'ondes sonores venant impacter l'hélice aval.In one possible aspect, the propeller disposed downstream of the turbomachine comprises blades as described, the cells of the vanes of the downstream propeller for attenuating the amplitude of sound waves impinging on the downstream propeller.

Selon un exemple, ces ondes sonores ont une fréquence comprise entre 200 et 600Hz. L'invention présente de nombreux avantages. L'invention permet une réduction du bruit de la turbomachine, sans impacter le rendement aérodynamique des pales.According to one example, these sound waves have a frequency of between 200 and 600 Hz. The invention has many advantages. The invention makes it possible to reduce the noise of the turbomachine without affecting the aerodynamic efficiency of the blades.

L'invention permet en particulier de réduire le bruit de turbomachines à hélices non carénées. Contrairement à l'art antérieur, l'invention se concentre sur l'atténuation de la réflexion des sources acoustiques, plutôt que de réduire l'intensité de ces sources.The invention makes it possible in particular to reduce the noise of turbomachines with unducted propellers. Unlike the prior art, the invention focuses on attenuating the reflection of acoustic sources, rather than reducing the intensity of these sources.

Enfin, l'invention s'applique de manière simple et efficace aux turbomachines existantes. Présentation des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la Figure 1 représente un mode de réalisation d'une aube selon l'invention ; - la Figure 2 représente un mode de réalisation d'une structure alvéolée selon l'invention ; - la Figure 3 représente le principe d'un résonateur de Helmholtz; - la Figure 4 représente le positionnement des alvéoles selon un mode de réalisation de l'invention ; - la Figure 5 représente une turbomachine comprenant au moins deux hélices non carénées, dont au moins une partie des aubes est munie d'une structure alvéolée.Finally, the invention applies simply and effectively to existing turbomachines. Other features and advantages of the invention will become apparent from the description which follows, which is purely illustrative and nonlimiting, and should be read with reference to the accompanying drawings in which: - Figure 1 shows an embodiment a blade according to the invention; - Figure 2 shows an embodiment of a honeycomb structure according to the invention; 3 represents the principle of a Helmholtz resonator; - Figure 4 shows the positioning of the cells according to one embodiment of the invention; - Figure 5 shows a turbomachine comprising at least two uncouided propellers, at least a portion of the blades is provided with a honeycomb structure.

Description détaillée On a représenté en Figure 1 une aube 1 de rotor de turbomachine, vue de son côté extrados 7. L'aube 1 comprend une enveloppe 2 externe. Cette enveloppe 2 est par exemple constituée, au moins en partie, de tôle ou d'un film composite. En général, l'enveloppe 2 présente en section transversale un profil incurvé d'épaisseur variable entre son bord d'attaque 20a et son bord de fuite 20b. L'enveloppe 2 entoure un volume 3 interne. De manière connue le volume 3 peut notamment comprendre une âme et une mousse 35. Enfin, l'aube 1 comprend une tête 30 d'aube et un pied 33.DETAILED DESCRIPTION FIG. 1 shows a blade 1 of a turbomachine rotor, viewed from its extrados side 7. The blade 1 comprises an outer casing 2. This envelope 2 is for example constituted, at least in part, sheet or a composite film. In general, the casing 2 has in cross section a curved profile of variable thickness between its leading edge 20a and its trailing edge 20b. The envelope 2 surrounds an internal volume 3. In known manner the volume 3 may include a core and a foam 35. Finally, the blade 1 comprises a blade head 30 and a foot 33.

L'aube 1 comprend une structure 4 alvéolée disposée dans le volume 3 interne. Comme représenté en Figure 2, la structure 4 alvéolée comprend un réseau d'une pluralité d'alvéoles 5. Ces alvéoles 5 sont par exemple disposées en nid d'abeille, c'est-à-dire qu'elles sont adjacentes et régulièrement disposées.The blade 1 comprises a cellular structure 4 disposed in the internal volume 3. As shown in FIG. 2, the honeycombed structure 4 comprises an array of a plurality of cavities 5. These cavities 5 are for example arranged in a honeycomb, that is to say that they are adjacent and regularly arranged. .

L'aube 1 comprend en outre une pluralité d'ouvertures 8 pratiquées dans l'enveloppe 2, qui débouchent sur les alvéoles 5. Ces ouvertures 8 sont des micro-perforations. A titre d'exemple non limitatif, ces ouvertures 8 présentent un diamètre compris entre 30 et 100 pm. Chaque alvéole comprend une cavité 14, typiquement entourée de parois 15. En Figure 2, les parois forment un hexagone. Cette cavité 14 peut être remplie, en partie, de mousse 21. Cette mousse 21 participe alors également à l'absorption des ondes acoustiques. Les alvéoles 5 comprennent en outre un fond, qui permet de fermer la cavité 14. Ce fond peut par exemple être constitué par de la mousse 21, ou par une paroi supplémentaire, ou par l'enveloppe 2 de l'aube 1.The blade 1 further comprises a plurality of openings 8 made in the casing 2, which open on the cells 5. These openings 8 are micro-perforations. By way of non-limiting example, these openings 8 have a diameter of between 30 and 100 μm. Each cell comprises a cavity 14, typically surrounded by walls 15. In FIG. 2, the walls form a hexagon. This cavity 14 may be filled, in part, with foam 21. This foam 21 also participates in the absorption of acoustic waves. The cells 5 further comprise a bottom, which makes it possible to close the cavity 14. This bottom may for example be constituted by foam 21, or by an additional wall, or by the envelope 2 of the blade 1.

Par conséquent, la cavité 14 est fermée, et ne débouche que vers l'ouverture 8 correspondante, afin de piéger, comme explicité par la suite, les ondes sonores incidentes. Les ouvertures débouchant sur les alvéoles 5 permettent de créer des résonateurs de type Hem lholtz, dont le principe est rappelé en Figure 3. Dans un tel résonateur, l'onde de pression arrivant dans le haut du tube de longueur L et de section A subit une forte diminution d'amplitude lorsqu'elle rentre dans le volume V. Le bruit réfléchi par cette cavité est diminué, étant donné que la pression de l'onde est diminuée d'un facteur 10 A*L/V. En transposant aux alvéoles 5, le volume des alvéoles 5, la section et la longueur des ouvertures 8 influent sur le facteur d'atténuation de l'onde. En outre, la hauteur, la longueur et le diamètre des alvéoles 5, le rapport entre la section d'entrée et de sortie des ouvertures 8, et la longueur 15 des ouvertures 5 influent sur la fréquence des ondes filtrées par la structure 4 alvéolée. En pratique, l'aube 1 peut comprendre plusieurs structures 4 alvéolées distinctes et réparties dans le volume 3 de l'aube, chacune étant adaptée à un spectre de fréquence donné. 20 Le positionnement des alvéoles 5 dans le volume 3 de l'aube 1 est à choisir en fonction de la répartition des interactions acoustiques (cf. Figure 4). Selon un exemple possible, les alvéoles 5 sont disposées dans la partie comprise entre la moitié de l'aube 1 et le sommet de l'aube 1. En 25 particulier, les alvéoles 5 peuvent notamment être disposées dans le dernier tiers supérieur de l'aube 1 (zone P). Ce positionnement convient notamment aux hélices amont qui sont impactées par le sillage d'un pylône de fixation. Il est également avantageux de disposer les alvéoles 5 le long du 30 bord d'attaque 20a de l'aube 1.Therefore, the cavity 14 is closed, and opens only to the corresponding opening 8, to trap, as explained later, the incident sound waves. The apertures opening on the cells 5 make it possible to create resonators of Hem lholtz type, whose principle is recalled in FIG. 3. In such a resonator, the pressure wave arriving at the top of the tube of length L and of section A undergoes a large decrease in amplitude when it enters the volume V. The noise reflected by this cavity is decreased, since the pressure of the wave is decreased by a factor of 10 A * L / V. By transposing to the cells 5, the volume of the cells 5, the section and the length of the openings 8 affect the attenuation factor of the wave. In addition, the height, length and diameter of the cells 5, the ratio between the inlet and outlet section of the openings 8, and the length of the openings 5 affect the frequency of the waves filtered by the honeycomb structure 4. In practice, the blade 1 may comprise several different cellular structures 4 and distributed in the volume 3 of the blade, each being adapted to a given frequency spectrum. The positioning of the cells 5 in the volume 3 of the blade 1 is to be chosen according to the distribution of the acoustic interactions (see Figure 4). According to one possible example, the cells 5 are arranged in the portion between the half of the blade 1 and the apex of the blade 1. In particular, the cells 5 may in particular be arranged in the last upper third of the blade. dawn 1 (zone P). This positioning is particularly suitable for upstream propellers that are impacted by the wake of a fixing pylon. It is also advantageous to arrange the cells 5 along the leading edge 20a of the blade 1.

Enfin, il est intéressant de disposer les alvéoles du côté extrados 7 de l'aube 1, étant donné que ce côté est le plus soumis aux ondes acoustiques. Dans un mode de réalisation, la partie de l'enveloppe 2, qui recouvre les alvéoles 5, est constituée d'un film 24 d'épaisseur inférieure à l'épaisseur du reste de l'enveloppe 2. Il s'agit par exemple d'un film 24 en polyuréthane. Ainsi, les ouvertures 8 sont pratiquées dans le film 24, au-dessus et en communication avec les alvéoles 5. Par exemple, une découpe de l'enveloppe 2 est pratiquée afin d'introduire les alvéoles 5 dans le volume 3 interne. Cette découpe est ensuite remplacée par le film 24. L'invention s'applique notamment à une turbomachine (cf. Figure 5) comprenant au moins deux hélices 27 non carénées, au moins l'une des hélices 27 comprenant des aubes 1 muni de la structure 4 alvéolée.Finally, it is interesting to have the cells on the extrados side 7 of the blade 1, since this side is the most subject to acoustic waves. In one embodiment, the portion of the envelope 2, which covers the cells 5, consists of a film 24 of thickness less than the thickness of the remainder of the envelope 2. a polyurethane film 24. Thus, the openings 8 are made in the film 24, above and in communication with the cells 5. For example, a cut of the envelope 2 is made to introduce the cells 5 in the internal volume 3. This cut is then replaced by the film 24. The invention applies in particular to a turbomachine (see Figure 5) comprising at least two propellers 27 not careened, at least one of the propellers 27 comprising blades 1 provided with the 4 cellular structure.

Il s'agit par exemple de l'hélice 272 disposée en aval de la turbomachine, les alvéoles 5 des aubes 1 de l'hélice 272 aval permettant d'atténuer l'amplitude d'ondes sonores venant impacter l'hélice 271 aval. Il s'agit en particulier des ondes sonores issues de l'hélice 271 amont. Les alvéoles 5 permettent notamment de piéger les ondes sonores issues de l'hélice 271 amont, réduisant ainsi le bruit d'interaction. Exemple d'application On considère une turbomachine comprenant deux hélices 27 non carénées.This is for example the propeller 272 disposed downstream of the turbomachine, the cells 5 of the blades 1 of the helix 272 downstream to attenuate the amplitude of sound waves impinging the propeller 271 downstream. This is in particular sound waves from the upstream propeller 271. The cells 5 make it possible in particular to trap the sound waves coming from the upstream propeller 271, thus reducing the interaction noise. Application Example Considering a turbomachine comprising two propellers 27 not careened.

Le bruit d'interaction des hélices contrarotatives est caractérisé par une série d'harmoniques de type : F1 + F2, F1 + 2F2 et 2F1 + F2. Les Fi représentent les fréquences propres des hélices calculées à partir du nombre d'aubes et du régime selon la formule Fi = Bi * Ni / 60, avec Bi le nombre d'aubes, et Ni le régime rotor en rpm.The interaction noise of the counter-rotating propellers is characterized by a series of harmonics of the type: F1 + F2, F1 + 2F2 and 2F1 + F2. The Fi represent the eigenfrequencies of the helices calculated from the number of blades and the regime according to the formula Fi = Bi * Ni / 60, with Bi the number of blades, and Ni the rotor speed in rpm.

Ces trois harmoniques sont les plus énergétiques du spectre d'interaction.These three harmonics are the most energetic of the interaction spectrum.

Trois structures 4 alvéolées sont donc disposées dans chaque aube 1 (par exemple de l'hélice aval) afin que chacune puisse filtrer une des harmoniques. La fréquence propre fo des résonateurs crées par chaque structure 4 alvéolée est donnée par la formule suivante : 2 7F Dans cette formule, c est la célérité de la lumière dans le vide, A, V et L les paramètres cités plus haut. Selon un exemple, en considérant un dimensionnement d'alvéoles 5 en accord avec les dimensions usuelles d'une aube d'hélice, et des ouvertures 8 traversant le film 24 et présentant un diamètre de 50pm, des ondes de fréquences autour de 500Hz sont filtrées. Selon d'autres exemples de réalisation, les amplitudes d'ondes sonores de fréquence comprise entre 200 et 600Hz sont atténuées par les alvéoles 5.Three cellular structures 4 are therefore arranged in each blade 1 (for example of the downstream propeller) so that each can filter one of the harmonics. The eigenfrequency fo of the resonators created by each cellular structure 4 is given by the following formula: ## EQU2 ## In this formula, c is the celerity of the light in the vacuum, A, V and L the parameters mentioned above. According to one example, considering a sizing of cells 5 in accordance with the usual dimensions of a propeller blade, and openings 8 passing through the film 24 and having a diameter of 50 μm, frequency waves around 500 Hz are filtered. . According to other exemplary embodiments, the amplitudes of sound waves with a frequency of between 200 and 600 Hz are attenuated by the cells 5.

Claims

REVENDICATIONS1. Turbomachine rotor blade (1), comprising an outer casing (2) surrounding an internal volume (3), characterized in that it comprises: a cellular structure (4) disposed in the internal volume (3), said structure ( 4) comprising a network of a plurality of cells (5); a plurality of openings (8) formed in the envelope (2), which open on the cells (5).

2. blade (1) according to claim 1, wherein: - each cell (5) comprises a cavity (14), and - each opening (8) opens on the cavity (14) of a cell (5), said cavities (14) being closed and opening only towards said openings (8).

3. blade (1) according to one of claims 1 or 2, wherein the cells (5) are arranged along the leading edge (20a) of the blade (1).

4. blade (1) according to one of claims 1 to 3, wherein the cells (5) are disposed in the last upper third of the blade (1).

5. blade (1) according to one of claims 1 to 4, wherein the cells (5) are disposed on the extrados side of the casing (2).

6. blade (1) according to one of claims 1 to 5, wherein the cells (5) comprise a cavity (14) comprising a foam (21).

7. blade (1) according to one of claims 1 to 6, wherein the portion of the casing (2), which covers the cells (5), consists of a film (24) of thickness less than the thickness of the rest of the envelope (2).

8. Turbomachine comprising at least two propellers (27) unducted, at least one of the propellers (27) comprising blades (1) according to one of claims 1 to 7.

9. A turbomachine according to claim 8, wherein the propeller (272) disposed downstream of the turbomachine comprises vanes (1) according to one of claims 1 to 7, the cells (5) of the blades (1) of the helix (272) downstream for attenuating the amplitude of sound waves impelling the helix (271) downstream.

10. The turbomachine according to claim 9, wherein said sound waves have a frequency between 200 and 600Hz.