FR3016390A1 - Aube supprimant les reflexions acoustiques, et turbomachine - Google Patents

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Ces trois harmoniques sont les plus énergétiques du spectre d'interaction.

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.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. 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).
2. 2. Aube (1) selon la revendication 1, dans laquelle : - chaque alvéole (5) comprend une cavité (14), et - chaque ouverture (8) débouche sur la cavité (14) d'une alvéole (5), lesdites cavités (14) étant fermées et ne débouchant que vers lesdites ouvertures (8).
3. 3. Aube (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle les alvéoles (5) sont disposées le long du bord d'attaque (20a) de l'aube (1).
4. 4. Aube (1) selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle les alvéoles (5) sont disposées dans le dernier tiers supérieur de l'aube (1).
5. 5. Aube (1) selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle les alvéoles (5) sont disposées du côté extrados de l'enveloppe (2).
6. 6. Aube (1) selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle les alvéoles (5) comprennent une cavité (14) comprenant une mousse (21).
7. 7. Aube (1) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel 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).
8. 8. Turbomachine comprenant au moins deux hélices (27) non carénées, au moins l'une des hélices (27) comprenant des aubes (1) selon l'une des revendications 1 à 7.
9. 9. Turbomachine selon la revendication 8, dans laquelle l'hélice (272) disposée en aval de la turbomachine comprend des aubes (1) selon l'une des revendications 1 à 7, 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.
10. 10. Turbomachine selon la revendication 9, dans laquelle lesdites ondes sonores ont une fréquence comprise entre 200 et 600Hz.15