FR3142778A1

FR3142778A1 - Pièce statorique à ailette creusée dans une turbomachine

Info

Publication number: FR3142778A1
Application number: FR2212824A
Authority: FR
Inventors: William Henri Joseph RIERA; Simon Pierre Michel MARTIN
Original assignee: Safran SA
Current assignee: Safran SA
Priority date: 2022-12-06
Filing date: 2022-12-06
Publication date: 2024-06-07
Anticipated expiration: 2042-12-06
Also published as: WO2024121507A1; FR3142778B1

Abstract

Pièce statorique (20) comprenant une plateforme (22), une pale (24, 26) présentant un maximum de cambrure (526), une ailette (28) s’étendant d’un pied (44) à une tête (46), la tête (46) s’étendant d’un bord d’attaque (31) à un bord de fuite (37), l’ailette (28) et la pale (24, 26) étant agencées de sorte que : le maximum de cambrure (526) se situe entre le bord d’attaque (31) et le bord de fuite (37), un rapport d’une distance entre le maximum de cambrure (526) et le bord d’attaque (31) sur une longueur de corde (54) d’ailette est comprise entre 5% et 95%, etla tête d’ailette définit un creux (45) s’étendant de part et d’autre du maximum de cambrure (526) sur une longueur de creux (47) inférieure ou égale à 20% de la longueur de corde (54). Figure pour l’abrégé : Fig. 3

Description

Pièce statorique à ailette creusée dans une turbomachine

DOMAINE DE L'INVENTION

L’invention concerne les pièces statoriques d’une turbomachine comprenant une pale comme les redresseurs de flux situés en aval d’un compresseur et en particulier les redresseurs à calage fixe.

ETAT DE LA TECHNIQUE

Dans une turbomachine d’aéronef, et en particulier les aéronefs destinés au transport de passagers, c’est l'air propulsé par une soufflante et des gaz de combustion sortant de la turbomachine à travers une tuyère d’échappement qui exerce une poussée de réaction sur la turbomachine et, à travers elle, sur l’aéronef. La circulation des gaz à travers la turbomachine est influencée par des aubages en rotation et des aubages fixes. Les aubages fixes ou statoriques comptent notamment des aubes directrices de sortie (connu également sous le terme de « Outlet Guide Vane» ou « OGV » en anglais), les aubes directrices d'entrée (connu également sous le terme de « Inlet Guide Vane» ou « IGV » en anglais), et les aubes à calage variable (connu également sous le terme de « Variable Stator Vane» ou « VSV » en anglais). Les aubes de redresseur d'un moteur aéronautique à turbine à gaz peuvent présenter chacune deux plateformes (intérieure et extérieure) qui sont rapportées sur l'aubage. Il existe également des architectures non carénées comprenant des aubes de redresseur qui ne présentent qu’une seule plateforme intérieure. Dans tous les cas, ces aubes de redresseur forment des rangées d'aubes fixes qui permettent de guider le flux gazeux traversant le moteur selon une vitesse et un angle appropriés.

Au sein d’un redresseur de flux comprenant une pluralité de pales fixes, l’écoulement des gaz s’effectue globalement entre les pales selon un sens amont-aval. Il est connu cependant que les zones du pied et de la tête de pale peuvent être le siège d'écoulements aérodynamiques secondaires.

Pour chaque couple de pales en regard l’une de l’autre, un gradient de pression entre la face en pression (intrados) de la première pale et la face en dépression (extrados) de la deuxième pale génère un écoulement de passage (connu également sous le terme de « crossflow » en anglais) qui transporte les gaz vers l’extrados.

En extrémité de pale, c’est-à-dire à la jonction entre l’aubage et le moyeu ou entre l’aubage et le carter, un décollement de coin (connu également sous le terme de « corner separation » en anglais) et un tourbillon (connu également sous le terme de « corner vortex » en anglais) peuvent se produire. Ce décollement génère des pertes de pression ainsi qu’un blocage aérodynamique. Ce dernier est problématique en termes d’opérabilité.

Il est possible de placer sur le moyeu ou sur le carter une ailette entre deux pales placées en regard l’une de l’autre de sorte à diminuer l’écoulement de passage. Les ailettes permettent une amélioration de l’opérabilité des stators de compresseur en limitant l’écoulement de passage entre les aubages.

La géométrie d’une grille d’aubes, c’est-à-dire d’un ensemble d’aubes réparties circulairement autour d’un axe, peut être optimisée pour des écoulements de fluide à vitesse élevée, et notamment des écoulements transsoniques au voisinage de la vitesse du son. L’ajout d’une ailette dans une telle grille optimisée peut dégrader fortement le fonctionnement de ces aubes optimisées.

Il y a donc un besoin pour une nouvelle géométrie permettant de corriger ces problèmes et d'améliorer les performances en termes de rendement des équipements notamment pour des écoulements de fluide transsoniques.

Un but de l’invention est de proposer une nouvelle géométrie des aubes permettant d'améliorer les performances en termes de rendement des équipements notamment pour des écoulements transsoniques

Le but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à une pièce statorique d’une turbomachine comprenant :

- une plateforme définissant une paroi d’une veine d’écoulement de gaz,

- une pale s’étendant radialement par rapport à un axe de la turbomachine depuis la plateforme, la pale présentant un maximum de cambrure, et

- une ailette s’étendant dans la veine radialement depuis un pied situé sur la plateforme jusqu’à une tête, la tête s’étendant axialement selon l’axe depuis un bord d’attaque jusqu’à un bord de fuite et présentant une longueur de corde reliant de manière rectiligne le bord d’attaque et le bord de fuite,

l’ailette et la pale étant agencées de sorte que :

le maximum de cambrure se situe axialement entre le bord d’attaque et le bord de fuite,
un rapport d’une distance mesurée axialement entre le maximum de cambrure et le bord d’attaque sur la longueur de corde est inférieure ou égale à 95% et supérieure ou égale à 5%, et
une hauteur d’ailette définie entre le pied et la tête varie selon l’axe de sorte à définir un creux dans l’ailette, le creux s’étendant axialement de part et d’autre du maximum de cambrure sur une longueur de creux inférieure ou égale à 20% de la longueur de corde.

Une telle pièce est avantageusement et optionnellement complétée par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison :

la hauteur d’ailette présente une hauteur maximale, et une hauteur minimale dans le creux, un rapport de la hauteur minimale sur la hauteur maximale étant inférieur ou égal à 20% ;
le rapport de la hauteur minimale sur la hauteur maximale est inférieur ou égal à 10% et de préférence égal à 5% ;
la hauteur d’ailette dans le creux est symétrique par rapport à une position axiale du maximum de cambrure ; et
la hauteur d’ailette dans le creux en fonction d’une coordonnée selon l’axe présente un premier taux de variation en amont d’une position axiale du maximum de cambrure et un deuxième taux de variation en aval de la position axiale, les termes amont et aval faisant référence à un sens d’écoulement principal des gaz dans la pièce statorique, le premier taux de variation étant supérieur en valeur absolue au deuxième taux de variation.

L’invention porte également sur une turbomachine comprenant une pièce statorique telle qu’on vient de la présenter et sur un aéronef comprenant une telle turbomachine.

DESCRIPTION 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 :

est une représentation schématique d’une turbomachine ;

et sont des vues schématiques d’une pièce statorique selon différents modes de réalisation.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Turbomachine

En référence à la , une turbomachine est représentée de manière schématique, plus spécifiquement un turboréacteur axial 1 à double flux. D’autres types de turbomachines peuvent être améliorées par l’enseignement présenté ici et notamment les turbomachine non carénées Le turboréacteur 1 illustré s’étend selon un axe Δ et comporte successivement, dans le sens d’écoulement principal des gaz dans la turbomachine, une soufflante 2, une section de compression pouvant comprendre un compresseur basse pression 3 et un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, et une section de turbine pouvant comprendre une turbine haute pression 6 une turbine basse pression 7 et une tuyère d’échappement.

La soufflante 2 et le compresseur basse pression 3 sont entrainés en rotation par la turbine basse pression 7 par l’intermédiaire d’un premier arbre de transmission 9, tandis que le compresseur haute pression 4 est entrainé en rotation par la turbine haute pression 6 par l’intermédiaire d’un deuxième arbre de transmission 10.

En fonctionnement, un écoulement d'air comprimé par les compresseurs basse et haute pression 3 et 4 alimente une combustion dans la chambre de combustion 5, dont l'expansion des gaz de combustion entraîne les turbines haute et basse pression 6, 7. L'air propulsé par la soufflante 2 et les gaz de combustion sortant du turboréacteur 1 à travers une tuyère d’échappement en aval des turbines 6, 7 exercent une poussée de réaction sur le turboréacteur 1 et, à travers lui, sur un véhicule ou engin tel qu'un aéronef (non illustré).

Pièce statorique

En aval de la soufflante ou d’un étage de compression, la turbomachine peut comprendre un étage d’aubes de redressement. Un tel étage d’aubes de redressement peut comprendre une pièce statorique 20 comme présentée en référence à la .

La pièce statorique peut être un des stators compris dans l’un des compresseurs axiaux de basse pression ou de haute pression. La pièce statorique peut aussi comprendre une grille d’aubes directrices de sortie comme dans le redresseur de veine secondaire sur le module soufflante.

La pièce statorique 20, ou l’ensemble 20 de pièces statoriques si elle n'est pas monobloc, présente au moins une pale 24, 26 et une plateforme 22 à partir de laquelle s'étend la pale 24, 26. La pièce statorique peut par exemple comprendre deux pales adjacentes 24, 26 qui s’étendent à partir de la plateforme 22.

Le terme "plateforme" désigne ici tout élément de la turbomachine à partir duquel des pales 24, 26 sont aptes à être montées. La plateforme peut être en particulier un moyeu ou un carter qui entoure l’axe de la turbomachine. La plateforme peut également être sectorisée c’est-à-dire qu’elle comprend un ensemble de pièces réparties angulairement tout autour de l’axe selon des secteurs angulaires idéalement égaux. La plateforme peut présenter une surface cylindrique à distance radiale constante à l’axe ∆ de la turbomachine. La plateforme 22 présente une paroi interne ou bien une paroi externe contre laquelle l'air circule, c’est à dire que la plateforme 22 définit une paroi d’une veine d’écoulement de gaz. Les pales 24, 26 s’étendent à partir de la plateforme 22 dans la veine soit radialement vers l’extérieur en s’éloignant de l’axe de la turbomachine ∆ soit radialement vers l’intérieur en s’approchant de l’axe de la turbomachine ∆.

En , l’axe ∆ de la turbomachine est représenté orienté de manière positive dans le sens de l’écoulement principal des gaz dans la turbomachine. La représente également un axe radial r perpendiculaire à l'axe ∆ de la turbomachine et qui passe par l'axe ∆ de la turbomachine. L’axe radial est orienté positivement dans la direction qui s’éloigne de l'axe ∆ de la turbomachine. La représente également un axe circonférentiel θ qui est perpendiculaire à l’axe radial r et à l'axe ∆ de la turbomachine.

La est une représentation schématique de la pièce statorique 20 selon une coupe dans un plan perpendiculaire à l’axe radial r. Plus précisément la est une représentation schématique de la pièce statorique 20 dans un plan circonférentiel qui est à une distance constante à l’axe ∆ de la turbomachine. Un tel plan circonférentiel parallèle à l’axe ∆ de la turbomachine permet de définir une coupe des pales 24, 26

Les pales 24 et 26 présentent chacune un intrados 624, 126 et un extrados 124, 626.

Les pales 24 et 26 comprennent chacune un bord d’attaque 224, 226 côté amont et un bord de fuite 324, 326 côté aval. Les termes amont et aval sont définis en rapport avec l’écoulement général des gaz à travers la turbomachine qui s’effectue de l’amont vers l’aval dans la direction et le sens de l’axe ∆ de la turbomachine.

Les pales définissent une corde de pale 424, 426 qui est la longueur du segment reliant le bord d’attaque et le bord de fuite dans un plan circonférentiel à rayon constant ou à distance constante de l’axe ∆, plan circonférentiel qui peut être qualifié de plan de coupe.

De même dans un plan de coupe circonférentiel, chaque pale présente une ligne de cambrure 143, 141 qui est la courbe égale à la moyenne entre la courbe de l’extrados et la courbe de l’intrados. Plus précisément, la ligne de cambrure est formée de tous les points situés à égale distance de l’extrados et de l’intrados. La distance d’un point particulier à l’extrados (ou de l’intrados) est définie ici comme la distance minimale entre le point particulier et un point de l’extrados (ou de l’intrados).

Chaque pale présente un maximum de cambrure 526 qui correspond à la distance maximale séparant la ligne de cambrure 141,143 et la corde 424, 426. La distance maximale correspond plus précisément au maximum des distances mesurées perpendiculairement à la corde entre un point de la ligne de cambrure et le point de la corde correspondant lorsque l’on parcourt la corde. La coordonnée axiale x_C– c’est à dire la coordonnée selon l’axe ∆ de la turbomachine - du maximum de cambrure correspond à la position axiale du point de la ligne de cambrure pour lequel la distance à la corde est maximale.

Ailette

La pièce statorique 20 comprend également une ailette 28 qui s’étend à partir de la plateforme 22 dans la même direction et le même sens d’extension que la ou les pales 24, 26. L’ailette 28 s’étend dans la veine radialement par rapport à l’axe ∆ de la turbomachine depuis la plateforme 22.

L’ailette 28 comprend un extrados 50 qui est en regard de l’intrados 126 de la pale 26.

Lorsque la pièce comprend deux pales 24, 26 en regard l’une de l’autre, l’ailette 28 est située entre les pales 24 et 26. Plus précisément l’ailette 28 se trouve en regard de l’extrados 124 de la première pale 24 et de l’intrados 126 de la deuxième pale 26.

L’ailette 28 comprend un intrados 48 qui est en regard de l’extrados 124 de la première pale et un extrados 50 qui est en regard de l’intrados 126 de la deuxième pale 26.

L’ailette s’étend dans la veine radialement depuis un pied d’ailette 44 situé sur la plateforme 22 jusqu’à une tête d’ailette 46.

On peut modéliser ou représenter l'ailette 28 comme un empilement de profils, c’est-à-dire de surface de coupe, selon une direction radiale entre un pied d’ailette 44 correspondant à un premier profil de l’ailette et une tête d’ailette 46 correspondant à un dernier profil de l’ailette. Le pied d’ailette 44 se trouve sur la plateforme 22 et correspond à l’intersection de l’ailette 28 et de la plateforme 22. La tête d’ailette se trouve à distance de la plateforme 22 dans la veine d’écoulement des gaz. Chaque profil d’ailette s’étend dans un plan circonférentiel parallèle à l’axe ∆ de la turbomachine, comme une coupe de l’ailette réalisée dans ce plan circonférentiel à rayon constant ou distance constante de l’axe ∆, plan circonférentiel qui peut être qualifié de plan de coupe.

Chaque profil d’ailette définit une corde d’ailette entre le bord d’attaque 30 de l’ailette et le bord de fuite 32 de l’ailette. Plus précisément la corde d’ailette est définie entre d’une part un premier point à l’intersection du bord d’attaque 30 et du plan de coupe et d’autre part un deuxième point à l’intersection du bord de fuite 32 et du plan de coupe. La corde d’ailette désigne la longueur du segment reliant le premier point et le deuxième point. La ligne de corde désigne le segment reliant le premier point et le deuxième.

En , on a représenté l'ailette 28 dans sa coupe à la tête d’ailette qui s’étend axialement depuis un point d’attaque 31 du bord d’attaque 30 jusqu’à un point de fuite 37 du bord de fuite 32. La tête d’ailette définit une longueur de corde 54 reliant de manière rectiligne le point d’attaque 31 et le point de fuite 37. Lorsque l’on projette la tête d’ailette sur l’axe ∆ de la turbomachine, on obtient un segment de projection dont les deux extrémités sont la projection x_BAdu bord d’attaque 31 et la projection x_BFdu bord de fuite 37. Ces projections correspondent à des coordonnées axiales x_BAet x_BF– c’est à dire des coordonnées selon l’axe ∆ de la turbomachine. On peut définir à partir de ces projections, la corde de tête projetée 43 sur l’axe ∆ de la turbomachine qui vaut │x_BA- x_BF│ et qui est inférieure ou égale à longueur de corde 54 de tête d’ailette.

La tête d’ailette présente une ligne de cambrure entre les points A et A’ qui est la courbe égale à la moyenne entre la courbe de l’extrados 50 et la courbe de l’intrados 48 dans le plan de coupe.

Les figures 3 et 4 correspondent à une coupe de l’ailette selon un plan méridien qui correspond aux directions axiales r qui passent par les points de la courbe AA’ dans le plan de coupe de la à mesure que l’on parcourt cette ligne de cambrure. L’axe des abscisses en figures 3 et 4 correspond à une abscisse curviligne suivant la courbe AA’ à laquelle on peut aussi faire correspondre une coordonnée axiale en projection sur l’axe ∆ de la turbomachine. Sur les figures 3 et 4, l’axe des ordonnées correspond à la direction radiale r et correspond à une distance à l’axe ∆ de la turbomachine.

Le bord d’attaque 30 comprend un point d’attaque 34 situé sur la plateforme 22. Le point d’attaque 34 correspond à l’intersection du bord d’attaque 30 et de la plateforme 22.

Le bord de fuite 32 comprend un point de fuite 36 situé sur la plateforme 22. Le point de fuite 36 correspond à l’intersection du bord de fuite 32 et de la plateforme 22.

La forme du bord d’attaque 30 et du bord de fuite 32 n’est pas importante ici. Ces bords peuvent être raides, c’est-à-dire orientés selon une direction radiale ou obliques c’est-à-dire orientés selon une direction qui fait un angle non nul avec la direction radiale. Le bord d’attaque 30 et le bord de fuite 32 peuvent avoir n’importe quelle forme, en fonction de la loi d’empilage des profils qui constituent l’ailette 28.

L’ailette 28 et la pale 24 et/ou 26 sont agencées de sorte que le maximum de cambrure 526 se situe axialement entre le bord d’attaque 31 et le bord de fuite 37. Autrement dit, lorsque l’on projette sur l’axe ∆ de la turbomachine le maximum de cambrure et le profil de tête d’ailette, la projection du maximum de cambrure se trouve à l’intérieur du segment de projection entre les deux extrémités de la projection du profil de tête d’ailette qui correspondent aux projections du bord d’attaque 31 et du bord de fuite 37. Autrement dit, la coordonnée axiale x_Cest comprise entre les coordonnées axiales x_BAet x_BF. Autrement dit encore, par rapport à l’écoulement principal des gaz dans la turbomachine, le maximum de cambrure se trouve en aval du bord d’attaque 31 de la tête d’ailette 46 et en amont du bord de fuite 37 de la tête d’ailette 46.

De plus, un rapport d’une distance mesurée axialement entre le maximum de cambrure 526 et le bord d’attaque 31 de la tête d’ailette 46 sur la longueur de corde projetée 43 de la tête d’ailette 46 est inférieure ou égale à 95% et supérieure ou égale à 5%. Cela signifie qu’en calculant le rapport entre la distance séparant la projection sur l’axe ∆ du maximum de cambrure 526 et la projection sur l’axe ∆ du bord d’attaque 31 sur la projection sur l’axe de la corde 54 de la tête d’ailette 46, on obtient un rapport compris entre 5% et 95%. On peut également écrire cette condition en utilisant les coordonnées axiales x_C, x_BAet x_BFsous la forme :

0,95 ≥ │x_BA– x_C│/│x_BA- x_BF│ ≥ 0,05

Cette condition est équivalente à la condition suivante : une distance mesurée axialement entre le maximum de cambrure 526 et le bord de fuite 37 de la tête d’ailette 46 sur la longueur de corde projetée 43 de la tête d’ailette 46 est inférieure ou égale à 95% et supérieure ou égale à 5%. Cela signifie qu’en calculant le rapport entre la distance séparant la projection sur l’axe ∆ du maximum de cambrure 526 et la projection sur l’axe ∆ du bord fuite 37 sur la projection sur l’axe de la corde 54 de la tête d’ailette 46, on obtient un rapport compris entre 5% et 95%. On peut également écrire cette condition en utilisant les coordonnées axiales x_C, x_BAet x_BFsous la forme :

0,95 ≥ │x_BF– x_C│/│x_BA- x_BF│ ≥ 0,05.

Hauteur d’ailette

L’ailette 28 s’étend radialement depuis le profil de pied 44 jusqu’au profil de tête 46 sur une hauteur d’ailette h(x).

Il est à noter ici que cette hauteur se définit par rapport à une plateforme 22 considérée à distance constante de l’axe de la turbomachine.

La hauteur d’ailette h(x). varie en fonction de la coordonnée axiale x, c’est-à-dire selon l’axe ∆. La hauteur h(x) est illustrée schématiquement en . Plus précisément h(x) est la hauteur d’ailette le long de la ligne de cambrure AA’.

En particulier la hauteur h(x) en fonction de la coordonnée axiale x présente un minimum local, le minimum local étant situé axialement proche de la coordonnée axiale x_Cdu maximum de cambrure 526.

Autrement dit, l’ailette présente un creux 45 qui s’étend axialement de part et d’autre du maximum de cambrure 526.

Le creux présente une longueur de creux 47 définie selon l’axe ∆.

Cette longueur de creux 47 peut par exemple être définie entre :

un point amont 41 de la tête d’ailette 46 situé en amont du creux, c’est-à-dire entre le creux 45 et le bord d’attaque 31 de la tête 46, et
un point aval 49 de la tête d’ailette 46 situé en aval du creux, c’est-à-dire entre le creux 45 et le bord de fuite 37 de la tête 46.

Le point amont 41 peut correspondre par exemple au premier point de la ligne de cambrure de la tête d’ailette 46 pour lequel la hauteur de l’ailette diminue lorsque l’on parcourt l’ailette d’amont en aval.

Le point aval 49 peut correspondre par exemple au premier point de la ligne de cambrure de la tête d’ailette 46 situé en aval du maximum de cambrure 526, pour lequel, lorsque l’on parcourt l’ailette d’amont en aval, la hauteur de l’ailette reste constante ou bien atteint la valeur de la hauteur de l’ailette au point amont 41.

La longueur de creux 47 est choisie inférieure ou égale à 20% de la longueur de corde 54.

De manière préférée, on peut aussi choisir que la longueur de creux 47 soit inférieure ou égale à 15% ou à 10% de la longueur de corde 54.

De manière préférée, on peut aussi choisir que la longueur de creux 47 est choisie supérieure ou égale à 2% de la longueur de corde 54.

La présence d’un creux dans l’ailette permet de limiter les effets d’obstruction aérodynamique rencontrés sur les stators à haute vitesse et notamment en régime transsonique tout en maintenant un blocage de l’écoulement de passage.

En régime transsonique, une partie de l’écoulement présente une vitesse d’écoulement supérieure à la vitesse du son et une partie de l’écoulement présente une vitesse d’écoulement inférieure à la vitesse du son.

Les zones de diminution de vitesse passant d’au-dessus de la vitesse du son à en dessous de celle-ci correspondent à un choc. C’est notamment le cas lorsque la section d’écoulement augmente, ce qui s’accompagne d’une réduction de la vitesse d’écoulement. Il y a dans ces zones une très forte diminution de vitesse et une très forte variation de pression qui peuvent être spatialement très bien localisées, correspondant au choc. Ces chocs peuvent entrainer un décrochage de la couche limite moyeu mais aussi sur l’extrados de l’aubage impliqué dans un canal inter-aubes. Ce choc correspond à l’opposé de l’effet principal que l’on attend d’une ailette à savoir de limiter les décollements de coin en agissant sur l’écoulement de passage.

Dans une grille de stators destinés à être utilisées en régimes transsoniques, ces zones se situent à l’intérieur de la grille et leurs positions dépendent notamment de l’inclinaison et de l’épaisseur des aubes. Il se trouve cependant que l’on approche correctement cette position par la coordonnée axiale du maximum de cambrure des aubes.

Le creux, en étant axialement situé au niveau de ce maximum de cambrure des aubes a une position axiale qui correspond à celle du choc lié à l’obstruction aérodynamique. Le creux ainsi placé correspond donc à un retrait de matière d’un endroit de la veine d’écoulement où le choc lié à l’obstruction aérodynamique se produit. Cette matière si elle était conservée pourrait produire un choc ou empirer les effets liés à un choc. Son retrait permet de limiter les effets d’obstruction aérodynamique.

Les avantages de cette forme d’ailette, par rapport à la forme non creusée, sont les suivants :

sous forte incidence (par exemple à régime partiel), l’ailette conserve son effet principal de bloquer l’écoulement de passage et donc diminue les écoulements secondaires en pied de stator : l’opérabilité du compresseur est améliorée, et
en fonctionnement adapté (par exemple sur le point de croisière), le creux limite l’effet de l’ailette sur le blocage lié au choc et donc limite les pertes : le rendement maximum du compresseur est augmenté.

L’écoulement de passage sur les redresseurs est alors efficace à bas régime (subsonique) mais aussi à haut régime (transsonique).

En option concernant la hauteur minimale de l’ailette, la hauteur d’ailette présente une hauteur maximale h_max, et une hauteur minimale h_mindans le creux 45, un rapport de la hauteur minimale sur la hauteur maximale étant inférieur ou égal à 20%.

La hauteur maximale peut notamment être atteinte en amont du creux 45 et en aval du creux 45. Par exemple la hauteur d’ailette est égale à la hauteur maximale sur la ligne de cambrure en tête d’ailette 46 entre le point d’attaque 31 et le point amont 41, puis entre le point aval 49 et le point de fuite 37.

La hauteur minimale h_mindans le creux 45 correspond au minimum local de hauteur dans la zone du creux. Cette hauteur minimale peut notamment être obtenue pour la coordonnée axiale x_Cdu maximum de cambrure 526, c’est-à-dire que h(x_C)=h_min.

Le rapport de la hauteur minimale h_minsur la hauteur maximale h_maxest choisi inférieur ou égal à 20%, soit (h_min/ h_max) ≤ 0,2.

De manière plus avantageuse, le rapport de la hauteur minimale h_minsur la hauteur maximale h_maxpeut être choisi inférieur ou égal à 5%, soit (h_min/ h_max) ≤ 0,05.

Ces hauteurs minimales ainsi limitées sont suffisantes pour conserver l’effet de blocage, dans la partie basse de la couche limite, à régime partiel dans le cas où le stator est soumis à un fluide de forte incidence.

Selon un premier mode de réalisation, la hauteur d’ailette dans le creux est symétrique par rapport à une position axiale du maximum de cambrure. Par exemple, c’est la courbe h(x) de la hauteur d’ailette le long de la ligne de cambrure AA’ qui présente une symétrie au niveau du creux. Cela signifie que d’une part la décroissance de la hauteur d’ailette depuis le point amont 41 vers l’aval et jusqu’au minimum de hauteur et d’autre part la croissance de la hauteur d’ailette depuis le minimum de hauteur vers l’aval et jusqu’au point aval 49 sont en miroir l’une de l’autre. Le minimum de hauteur est alors placé au milieu entre le point amont 41 et le point aval 49. Cette symétrie peut s’évaluer notamment le long de la ligne de cambrure ou bien en projetant axialement cette ligne de cambrure. De préférence la symétrie s’évalue le long de la ligne de cambrure. Ce premier mode est représenté en .

Selon un deuxième mode de réalisation, la hauteur d’ailette dans le creux n’est pas symétrique par rapport à une position axiale du maximum de cambrure. En particulier, la hauteur d’ailette dans le creux en fonction d’une coordonnée selon l’axe ∆ de la turbomachine présente un premier taux de variation en amont d’une position axiale du maximum de cambrure et un deuxième taux de variation en aval de la position axiale, le premier taux de variation étant supérieur en valeur absolue au deuxième taux de variation. Cela signifie que d’une part la décroissance de la hauteur d’ailette depuis le point amont 41 vers l’aval et jusqu’au minimum de hauteur se fait selon un taux de variation plus important que la croissance de la hauteur d’ailette depuis le minimum de hauteur vers l’aval et jusqu’au point aval 49. Le minimum de hauteur est alors placé plus près du point amont 41 que du point aval 49. Ce deuxième mode est représenté en .

Ainsi, lorsqu’on parcourt l’ailette dans le sens de la corde depuis l’amont vers l’aval, le creux commence par une diminution rapide de hauteur suivie d’une augmentation plus lente de la hauteur. Cette différence permet de guider plus longtemps l’écoulement en crête d’ailette, et potentiellement d’améliorer l’effet de mur contre l’écoulement de passage.

Claims

Pièce statorique (20) d’une turbomachine comprenant :
- une plateforme (22) définissant une paroi d’une veine d’écoulement de gaz,
- une pale (24, 26) s’étendant radialement par rapport à un axe (∆) de la turbomachine depuis la plateforme (22), la pale présentant un maximum de cambrure (526), et
- une ailette (28) s’étendant dans la veine radialement depuis un pied (44) situé sur la plateforme (22) jusqu’à une tête (46), la tête (46) s’étendant axialement selon l’axe (∆) depuis un bord d’attaque (31) jusqu’à un bord de fuite (37) et présentant une longueur de corde (54) reliant de manière rectiligne le bord d’attaque (31) et le bord de fuite (37),
l’ailette (28) et la pale (24, 26) étant agencées de sorte que :
le maximum de cambrure (526) se situe axialement entre le bord d’attaque (31) et le bord de fuite (37),

un rapport d’une distance mesurée axialement entre le maximum de cambrure (526) et le bord d’attaque (31) sur la longueur de corde (54) est inférieure ou égale à 95% et supérieure ou égale à 5%, et

une hauteur d’ailette définie entre le pied et la tête varie selon l’axe (∆) de sorte à définir un creux (45) dans l’ailette, le creux (45) s’étendant axialement de part et d’autre du maximum de cambrure (526) sur une longueur de creux (47) inférieure ou égale à 20% de la longueur de corde (54).
Pièce statorique (20) selon la revendication 1 dans laquelle la hauteur d’ailette présente une hauteur maximale (hmax), et une hauteur minimale (hmin) dans le creux (45), un rapport de la hauteur minimale sur la hauteur maximale étant inférieur ou égal à 20%.
Pièce statorique (20) selon la revendication 2 dans laquelle le rapport de la hauteur minimale sur la hauteur maximale est inférieur ou égal à 10% et de préférence égal à 5%.
Pièce statorique (20) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 dans laquelle la hauteur d’ailette dans le creux est symétrique par rapport à une position axiale du maximum de cambrure.
Pièce statorique (20) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 dans laquelle la hauteur d’ailette dans le creux en fonction d’une coordonnée selon l’axe (∆) présente un premier taux de variation en amont d’une position axiale du maximum de cambrure et un deuxième taux de variation en aval de la position axiale, les termes amont et aval faisant référence à un sens d’écoulement principal des gaz dans la pièce statorique, le premier taux de variation étant supérieur en valeur absolue au deuxième taux de variation.
Turbomachine comprenant une pièce statorique (20) selon l’une des revendications 1 à 5.
Aéronef comprenant une turbomachine selon la revendication 6.