FR3106848A1

FR3106848A1 - Aube de turbomachine avec bouclier de bord d’attaque

Info

Publication number: FR3106848A1
Application number: FR2001093A
Authority: FR
Inventors: Pascal Jean-Charles Gondre Guillaume; Claude Jacky Sullet Charles-Henri
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2020-02-04
Filing date: 2020-02-04
Publication date: 2021-08-06
Anticipated expiration: 2040-02-04
Also published as: FR3106848B1

Abstract

Aube de turbomachine avec bouclier de bord d’attaque Aube (16) de turbomachine, comprenant un pied d’aube (18) et une partie de pale à profil aérodynamique (22) avec un bord d’attaque (30), un bord de fuite (32), un extrados (36) et un intrados (34). La partie de pale à profil aérodynamique (22) s’étend en hauteur d’une jonction (41) avec le pied d’aube (18) jusqu’à un sommet d’aube (42), et comprend un bouclier (38) de bord d’attaque s’étendant, d’un bord inférieur (44) jusqu’à un bord supérieur (46) au sommet d’aube (42), sur seulement une partie de la hauteur (H) de la partie de pale à profil aérodynamique (22). Figure pour l’abrégé : Fig. 2.

Description

Aube de turbomachine avec bouclier de bord d’attaque

La présente invention concerne une aube de turbomachine. On entend par « turbomachine », dans ce contexte, toute machine dans laquelle peut s’opérer un transfert d’énergie entre un écoulement de fluide et au moins un aubage, comme, par exemple, un compresseur, une pompe, une turbine, une hélice, ou bien une combinaison d’au moins deux de ceux-ci.

Typiquement, une aube de turbomachine telle que, par exemple, une aube de soufflante de turboréacteur à double flux ou une pale d’hélice aérienne, comprend un pied d’aube et une partie de pale à profil aérodynamique avec un bord d’attaque, un bord de fuite, un extrados et un intrados, la partie de pale à profil aérodynamique s’étendant en hauteur d’une jonction avec le pied d’aube jusqu’à un bout de l’aube. Afin de limiter leur poids, ces aubes sont souvent principalement formées d’un corps d’aube en composite à matrice organique, par exemple en polymère, renforcée par des fibres. Bien que ces matériaux présentent des qualités mécaniques généralement très favorables, en particulier par rapport à leur masse, ils présentent une certaine sensibilité aux impacts ponctuels. Afin de protéger le bord d’attaque contre les impacts. Des boucliers, typiquement en matériau métallique hautement résistant, comme les alliages de titane, sont donc normalement installés sur les bords d’attaque des parties profilées de telles aubes, afin de les protéger contre ces impacts. Ces boucliers, qui présentent une face externe chevauchant le bord d’attaque et une face interne destinée à être fixée contre le corps d’aube, prennent normalement la forme d’une fine ailette intrados et une fine ailette extrados jointes par une section centrale plus épaisse au niveau du bord d’attaque, l’ensemble épousant ainsi la forme de l’aube sur le bord d’attaque et des sections adjacentes de l’intrados et de l’extrados, et cela sur toute la hauteur de la partie de pale à profil aérodynamique du bord d’attaque, de la jonction avec le pied d’aube jusqu’au sommet d’aube. Une aube de turbomachine avec un tel bouclier est divulguée par exemple dans la publication de brevet français FR 3 045 711 B1.

Les boucliers de bord d’attaque accroissent toutefois la masse des aubes. En outre, en cas de rupture et éjection de l’aube, la masse et dureté comparativement élevées d’un tel bouclier de bord d’attaque accroit son pouvoir pénétratif et rend sa contention plus difficile.

La présente divulgation vise à remédier à ces inconvénients, en proposant une aube de turbomachine avec un bouclier de bord d’attaque avec une masse et une inertie réduites.

Suivant un premier aspect, une aube de turbomachine peut comprendre un pied d’aube et une partie de pale à profil aérodynamique avec un bord d’attaque, un bord de fuite, un extrados et un intrados. La partie de pale à profil aérodynamique peut s’étendre en hauteur d’une jonction avec le pied d’aube jusqu’à un sommet d’aube, et comprendre un bouclier de bord d’attaque, disposé sur un corps d’aube, et s’étendant, d’un bord inférieur jusqu’à un bord supérieur au sommet d’aube, sur seulement une partie de la hauteur de la partie profilée. En particulier, le bord inférieur du bouclier de bord d’attaque peut être situé à au moins 10 % de la hauteur de la partie de pale à profil aérodynamique de l’aube à partir de la jonction avec le pied d’aube, et plus particulièrement à entre 10% et 50% de la hauteur de la partie de pale à profil aérodynamique de l’aube à partir de la jonction. Le bouclier de bord d’attaque peut notamment être métallique, et contenir p.ex. du titane.

Du fait de la moindre vitesse linéaire lors de la rotation de l’aube, ainsi que du moindre effet de levier, les impacts ont un effet à proximité du pied d’aube sensiblement moindre que vers le sommet d’aube. Le bouclier de bord d’attaque ne doit donc pas nécessairement s’étendre jusqu’à la jonction avec le pied d’aube pour protéger l’aube de manière effective contre les impacts. Il est ainsi possible de réduire la masse du bouclier de bord d’attaque sans réduire effectivement la résistance de l’aube aux impacts.

Pour assurer une protection supplémentaire de l’aube, elle peut aussi comprendre un film polymère organique, pouvant contenir p.ex. du polyuréthane, s’étendant sur l’intrados et le bord d’attaque en dehors du bouclier de bord d’attaque. Le bouclier de bord d’attaque et le film polymère organique peuvent s’étendre sur l’extrados sur une distance de jusqu’à 20% d’une longueur de corde à une position radiale correspondante

L’aube peut être principalement formée par le corps d’aube, p.ex. en matériau composite, et plus spécifiquement en matériau composite à matrice organique renforcée par des fibres, sur lequel peut notamment être collé le bouclier de bord d’attaque. Pour cela le corps d’aube peut présenter une échancrure dans laquelle soit reçu le bouclier de bord d’attaque.

Le bord inférieur du bouclier de bord d’attaque peut être droit. Alternativement, toutefois, pour éviter les concentrations d’efforts provoquées par les angles vifs, le bord inférieur du bouclier de bord d’attaque peut être arrondi d’amont en aval vers le sommet d’aube.

Un deuxième aspect de la présente divulgation concerne un aubage de turbomachine comprenant une pluralité d’aubes de turbomachine suivant le premier aspect, arrangées autour d’un axe commun de rotation.

Un troisième aspect de la présente divulgation concerne une soufflante de turboréacteur à double flux comprenant l’aubage du deuxième aspect, avec une veine d’air dans laquelle sont situées les parties profilées des aubes. Cette soufflante peut aussi comprendre un carénage délimitant la veine d’air, quoiqu’une soufflante non carénée soit également envisageable.

Un quatrième aspect de la présente divulgation concerne un turboréacteur à double flux comprenant la soufflante du troisième aspect.

L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels :

La figure 1 est une vue schématique en perspective d’un turboréacteur à double flux ;

la figure 2 représente une vue en perspective extrados d’une aube de soufflante du turboréacteur de la figure 1 suivant un premier mode de réalisation;

la figure 3 représente une vue en perspective intrados de l’aube de soufflante de la figure 2;

la figure 4 représente une vue en perspective éclatée de l’aube de soufflante de la figure 2;

la figure 5 représente une vue en coupe partielle de l’aube de soufflante de la figure 2 suivant le plan V-V;

la figure 6 représente une vue en coupe partielle de l’aube de soufflante de la figure 2 suivant le plan VI-VI;

la figure 7 représente une vue en perspective éclatée d’une aube de soufflante suivant un premier mode de réalisation alternatif; et

la figure 8 représente une vue en perspective éclatée d’une aube de soufflante suivant un deuxième mode de réalisation alternatif.

Comme illustré sur la figure 1, un turboréacteur à double flux 10 peut comprendre un groupe générateur de gaz 12 et une soufflante 14. Cette soufflante 14 peut comprendre un aubage rotatif avec une pluralité d’aubes 16 arrangées radialement autour d’un axe central X représentant un axe commun de rotation des aubes 16. Comme illustré sur les figures 2 et 3, chaque aube 16 peut comprendre un pied d’aube 18 pour la relier à un moyeu solidaire d’un arbre rotatif, et une partie de pale à profil aérodynamique 22. Dans le turboréacteur à double flux 10, cette partie de pale à profil aérodynamique 22 peut être disposée dans une veine d’air 24 de la soufflante 14 pour y impulser l’air par la rotation de l’aube 16 autour de l’axe central X, comme illustré sur la figure 1. Comme illustré aussi sur la figure 1, les aubes 16 peuvent être entourées par un carter de soufflante 26 délimitant extérieurement la veine d’air 24. Un cône 25 peut être monté sur le moyeu afin de cacher celui-ci ainsi que les pieds d’aube 18, et délimiter intérieurement la veine d’air 24.

Chaque aube 16 peut être principalement formée par un corps d’aube 28 en matériau composite, notamment à matrice polymère renforcée par des fibres. Comme illustré sur les figures 2 et 3, la partie de pale à profil aérodynamique 22 de chaque aube 16 peut comprendre un bord d’attaque 30, un bord de fuite 32, un intrados 34, et un extrados 36. Cette partie de pale à profil aérodynamique 22 peut s’étendre sur une hauteur H, suivant un axe radial Z, d’une jonction 41 avec le pied d’aube 18, jusqu’à un sommet d’aube 42.

En fonctionnement normal, le vent relatif peut être sensiblement orienté vers le bord d’attaque 30 de la partie de pale à profil aérodynamique 22 de chaque aube 16. Ainsi, ce bord d’attaque 30 serait particulièrement exposé aux impacts. Pour protéger son bord d’attaque 30 contre ces impacts, la partie de pale à profil aérodynamique 22 de chaque aube 16 peut comprendre un bouclier 38 de bord d’attaque. Comme illustré sur la figure 4, ce bouclier 38 de bord d’attaque peut être reçu dans une échancrure 40 du corps d’aube 28 et collé au corps d’aube 28.

Le bouclier 38 de bord d’attaque peut être fabriqué en un matériau ayant une meilleure résistante aux impacts ponctuels que le matériau composite du corps d’aube 28. Le bouclier 38 de bord d’attaque peut être principalement métallique, et plus spécifiquement en alliage à base de titane, comme par exemple le TA6V (Ti-6Al-4V). Le bouclier 38 de bord d’attaque pourrait également être en acier ou en alliage métallique communément désigné par la marque déposée Inconel™. On parle par la suite d’Inconel pour désigner un alliage à base de fer avec du nickel et du chrome.

Comme illustré sur les figures 2 et 3, le bouclier 38 de bord d’attaque peut s’étendre, suivant l’axe radial Z, d’un bord inférieur 44 jusqu’à un bord supérieur 46 au sommet d’aube 42. Le bord inférieur 44 peut être séparé, radialement vers l’extérieur, par une distance d_zde la jonction 41 avec le pied d’aube 18. Cette distance d_zpourrait être, par exemple, entre 10% et 50% de la hauteur H de la partie de pale à profil aérodynamique 22. Ainsi, le bouclier 38 de bord d’attaque ne s’étendrait en hauteur que sur une partie de la hauteur H de la partie de pale à profil aérodynamique 22 de l’aube 16, limitant ainsi sa masse et son pouvoir pénétratif en tant que projectile en cas de rupture de l’aube 16.

Le bouclier 38 de bord d’attaque peut par ailleurs présenter une face externe 48 chevauchant le bord d’attaque 30 et une face interne 50 reliée par une couche adhésive 52 au corps d’aube 28. Comme illustré sur la figure 5, grâce à l’échancrure 40, la surface de la face externe 48 peut être sensiblement alignée avec la surface du corps d’aube 28, de manière à limiter la traînée parasite.

Pour compléter la protection du corps d’aube 28, l’aube 16 peut comprendre aussi un film polymère organique 64, p.ex. principalement en polyuréthane, s’étendant sur l’intrados 34 et sur le bord d’attaque 30 en dehors le bouclier 38 de bord d’attaque. Ainsi, ce film polymère organique 64, qui peut être aussi collé sur le corps d’aube 28, peut contribuer à protéger l’intrados 34, mais aussi le segment du bord d’attaque 30 située entre le bord inférieur 44 du bouclier 38 de bord d’attaque et la jonction 42 avec le pied d’aube 18. Sur ce segment, le film polymère organique 64 peut encore couvrir l’extrados 36 sur une distance l_cperpendiculaire à l’axe radial Z, comme illustré sur les figures 2 et 6. Cette distance l_cpeut aller, par exemple, jusqu’à 20% de la corde C de l’aube 16 à cette position radiale.

Le bouclier 38 de bord d’attaque peut comporter une ailette intrados 54, s’étendant du bord d’attaque 30 jusqu’à un bord arrière 56 sur l’intrados 34, et une ailette extrados 58, s’étendant du bord d’attaque 30 jusqu’à un autre bord arrière 60 sur l’extrados 36. Comme illustré sur les figures 2 à 4, le bord inférieur 44 peut être arrondi vers le sommet d’aube 42 sur l’intrados 34 et/ou l’extrados 36, de manière à obtenir une transition douce entre ce bord inférieur 44 et au moins un des bords arrière 56, 60 correspondants, et ainsi éviter les concentrations d’efforts associées aux angles vifs. Cette transition 62 peut s’étendre sur une distance t_zsuivant l’axe radial Z qui peut être relativement courte, par exemple égale ou moindre à 5% de la hauteur H de la partie de pale à profil aérodynamique 22, comme illustré sur les figures 2 à 4, ou plus longue, par exemple supérieure à 5% mais non supérieure à 20% de la hauteur H de la partie de pale à profil aérodynamique 22, comme dans le mode de réalisation alternatif illustré sur la figure 7. Alternativement toutefois, comme dans le mode de réalisation alternatif illustré sur la figure 8, le bord inférieur 44 peut être droit, formant ainsi un angle avec chacun des bords arrière 56, 60. Les éléments restants des aubes suivant ces deux modes de réalisation alternatifs sont analogues à ceux du mode de réalisation correspondant aux figures 2 à 6, et reçoivent en conséquence les mêmes repères sur les dessins.

Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims

Aube (16) de turbomachine, comprenant un pied d’aube (18) et une partie de pale à profil aérodynamique (22) avec un bord d’attaque (30), un bord de fuite (32), un extrados (36) et un intrados (34), la partie de pale à profil aérodynamique (22) s’étendant en hauteur d’une jonction (41) avec le pied d’aube (18) jusqu’à un sommet d’aube (42), et comprenant un bouclier (38) de bord d’attaque, disposé sur un corps d’aube (28), et s’étendant, d’un bord inférieur (44) jusqu’à un bord supérieur (46) au sommet d’aube (42), le bord inférieur (44) du bouclier (38) de bord d’attaque étant situé à au moins 10 % de la hauteur (H) de la partie de pale à profil aérodynamique (22) de l’aube (16) à partir de la jonction (41) avec le pied d’aube (18).
Aube (16) de turbomachine suivant la revendication 1, dans laquelle le bouclier (38) de bord d’attaque est métallique.
Aube (16) de turbomachine suivant la revendication 2, dans laquelle le bouclier (38) de bord d’attaque contient du titane.
Aube (16) de turbomachine suivant l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant un film polymère organique (64) s’étendant sur l’intrados (34) et le bord d’attaque (30) en dehors du bouclier (38) de bord d’attaque.
Aube (16) de turbomachine suivant la revendication 4, dans laquelle le bouclier (38) de bord d’attaque et le film polymère organique (64) s’étendent sur l’extrados (36) sur une distance de jusqu’à 20% d’une longueur de corde (C) à une position radiale correspondante.
Aube (16) de turbomachine suivant l’une quelconque des revendications 4 ou 5, dans laquelle le film polymère organique (64) contient du polyuréthane.
Aube (16) de turbomachine suivant l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le corps d’aube (28) présente une échancrure (40) dans laquelle est reçu le bouclier (38) de bord d’attaque.
Aube (16) de turbomachine suivant l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle le corps d’aube (28) est en matériau composite.
Aube (16) de turbomachine suivant l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle le bord inférieur (44) du bouclier (38) de bord d’attaque est droit.
Aube (16) de turbomachine suivant l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle le bord inférieur (44) du bouclier (38) de bord d’attaque est arrondi d’amont en aval vers le sommet d’aube (42).
Aubage de turbomachine comprenant une pluralité d’aubes (16) de turbomachine suivant l’une quelconque des revendications 1 à 10, arrangées autour d’un axe commun de rotation (X).
Soufflante (14) de turboréacteur à double flux comprenant l’aubage suivant la revendication 11, avec une veine d’air (24) dans laquelle sont situées les parties profilées (22) des aubes (16).
Soufflante (14) de turboréacteur à double flux suivant la revendication 12, comprenant un carter (26) de soufflante délimitant la veine d’air (24).
Turboréacteur à double flux (10) comprenant la soufflante (14) suivant l’une quelconque des revendications 12 et 13.