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FR3150292A1 - Machine d’essai - Google Patents

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Publication number
FR3150292A1
FR3150292A1 FR2306578A FR2306578A FR3150292A1 FR 3150292 A1 FR3150292 A1 FR 3150292A1 FR 2306578 A FR2306578 A FR 2306578A FR 2306578 A FR2306578 A FR 2306578A FR 3150292 A1 FR3150292 A1 FR 3150292A1
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FR
France
Prior art keywords
flow
distortion device
testing machine
vein
air flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR2306578A
Other languages
English (en)
Inventor
Laurent SCHWEITZER
Vincent Max DUBOIS Ulrich
Gérard DURAND Sébastien
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Aircraft Engines SAS filed Critical Safran Aircraft Engines SAS
Priority to FR2306578A priority Critical patent/FR3150292A1/fr
Publication of FR3150292A1 publication Critical patent/FR3150292A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M9/00—Aerodynamic testing; Arrangements in or on wind tunnels
    • G01M9/06—Measuring arrangements specially adapted for aerodynamic testing
    • G01M9/065—Measuring arrangements specially adapted for aerodynamic testing dealing with flow
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/02—Details or accessories of testing apparatus
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/14—Testing gas-turbine engines or jet-propulsion engines

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

L’invention concerne une machine d'essai (100) comportant une veine d'écoulement d'air dans laquelle est située au moins une roue à aubes mobile en rotation selon un axe longitudinal (X) de la veine d'écoulement d'air, ladite machine d’essai comportant un dispositif de distorsion de flux (8) agencé en amont de la roue à aubes mobile suivant la direction de l’écoulement d’air, ledit dispositif de distorsion de flux (8) étant monté rotatif autour de l’axe longitudinal (X). Figure à publier avec l’abrégé : [Fig. 4]

Description

Machine d’essai Domaine technique de l’invention
L’invention concerne une machine d’essai, par exemple, une machine d'essai aéro-acoustique pour caractériser une roue d’aubes mobile.
 Etat de la technique antérieure
Dans le cadre d'essai aéro-acoustiques, il est connu d'installer un dispositif de distorsion de flux en partie amont d’une veine d’écoulement, de façon à pouvoir simuler différents phénomènes aérodynamiques, tels que la présence d'une aile d'un avion, du sol ou du carénage de l'avion près du moteur.
La illustre une partie d'une machine d'essai 1 de l'art antérieur. Celle-ci comporte une veine 2 d'axe X dont les dimensions sont réduites par rapport aux dimensions réelles d'une turbomachine, par exemple d'un rapport 4. La veine 2 est délimitée par un carter externe 3, une machine 4 comportant un arbre tournant 5 étant montée dans la veine. Cet arbre est solidaire d'un disque 6 portant des aubes 7, simulant par exemple un rotor de soufflante.
En amont du disque 6 et des aubes 7 est monté un dispositif de distorsion de flux 8. Ce dernier est ainsi monté dans une zone simulant une manche d'entrée d'air d'une nacelle d’une turbomachine. Le dispositif 8, mieux visible à la , comporte une grille 9 s'étendant dans un plan radial, et un renfort 10 situé en aval de la grille 9.
La grille 9 est par exemple formée d'un maillage de fils tressés ou soudés, le diamètre des fils, la forme et les dimensions du maillage étant fonction du phénomène aérodynamique à simuler.
Le renfort 10 comporte une partie annulaire radialement interne 11 et une partie annulaire radialement externe 12, reliées par des bras rectilignes 13 s'étendant entre les parties annulaires interne 11 et externe 12. Les bras 13 s'étendent chacun dans la direction radiale.
Le renfort 10 permet de maintenir la grille 9 en position afin d'éviter que celle-ci soit arrachée sous l'effet des contraintes qui peuvent être appliquées en fonctionnement. La partie annulaire externe 12 du renfort 10 est fixée à l'aide de brides au carter externe 3.
Le renfort 10 est généralement fixe et les grilles sont changées pour tester diverses influences sur le flux s’écoulant dans la veine 2. A titre d’illustration, des exemples de dispositifs de distorsion de flux sont représentés aux figures 3a, 3b, 3c et 3d et peuvent être utiliser pour perturber le flux en entrée. Chaque dispositif de distorsion comprend une partie pleine ou alternativement poreuse 14 occultant partiellement la grille 9. Chaque configuration de la partie pleine ou alternativement poreuse 14 permet de créer une perturbation spécifique du flux circulant dans la veine 2. Les parties pleines ou poreuses 14 sont généralement arrangées de façon asymétrique.
La machine d’essai comprend généralement des instruments de mesure des caractéristiques du flux au niveau de la veine. Les instruments de mesure peuvent être différents capteurs intégrés dans le carter externe 3 et débouchant dans la veine 2.
Dans le cas de telles grilles de distorsion non axisymétriques, il est nécessaire de prendre des mesures en de nombreux azimuts de la veine 2 pour pouvoir évaluer la perturbation du flux engendré au niveau des aubes 7.
A cet effet, il est possible de multiplier les capteurs ce qui est couteux et impacte fortement l’intégration dans la machine d’essai.
Il est aussi possible d’intégrer les capteurs dans un anneau tournant autour de la veine 2, ce qui permet de multiplier les mesures à différents azimuts autour de l’axe longitudinal. Néanmoins, l’intégration d’un tel anneau dans la machine d’essai est complexe en raison de l’impact sur la rigidité, du manque d’espace, de la présence de moyens de fixation, etc. De plus, il est difficile d’assurer l’étanchéité au niveau des interfaces entre le stator et l’anneau tournant. La gestion du câblage de l’anneau est aussi complexe à réaliser.
L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique aux problèmes précités.
A cet effet, l’invention propose une machine d'essai comportant une veine d'écoulement d'air dans laquelle est située au moins une roue à aubes mobile en rotation selon un axe longitudinal de la veine d'écoulement d'air, ladite machine d’essai comportant un dispositif de distorsion de flux agencé en amont de la roue à aubes mobile suivant la direction de l’écoulement d’air, ledit dispositif de distorsion de flux étant monté rotatif autour de l’axe longitudinal.
Ainsi, dans le cas de dispositif de distorsion de flux asymétrique, il est possible de l’orienter suivant différents azimuts afin d’effectuer les mesures relatives au flux dans la veine d’écoulement d'air. De plus, cet arrangement est simple à réaliser.
La machine d’essai peut comprendre des moyens d’actionnement du dispositif de distorsion de flux et des moyens de transmission de rotation des moyens d’actionnement audit dispositif de distorsion de flux. De tels moyens d’actionnement peuvent être un moteur électrique, par exemple associé à un capteur de position en azimut, et les moyens de transmission de rotation peuvent comprendre un premier pignon relié au moteur électrique et un second pignon ou une roue dentée en prise avec le premier pignon. Le second pignon ou la roue dentée peut être configuré pour entrainer la rotation du dispositif de distorsion de flux.
La machine d’essai peut comprendre en outre un moyen de détermination de la position azimutale du support de distorsion. Un tel moyen peut être un capteur angulaire par exemple intégré au moteur électrique.
Le dispositif de distorsion de flux peut comprendre une grille montée sur un support de grille. Le support de grille peut comprendre une partie annulaire interne et une partie annulaire externe reliées par des bras de renfort. La partie annulaire externe peut être coaxiale avec, et entourant ladite partie annulaire interne et lesdits bras de renfort peuvent s’étendre radialement et être répartis circonférentiellement autour d’un axe desdites parties annulaires interne et externe.
Le dispositif de distorsion de flux peut comprendre entre 3 et 12 bras de renfort.
La machine d’essai peut comprendre un carter définissant la veine d’écoulement d’air et dans lequel est agencé la roue à aubes mobile et le dispositif de distorsion de flux.
Selon un mode de réalisation, les moyens d’actionnement du dispositif de distorsion de flux et les moyens de transmission de rotation peuvent être agencés dans un logement du carter arrangé en amont de la roue à aubes mobile. En particulier, le logement peut être agencé dans une partie amont du carter, en particulier en amont de la roue à aubes mobile.
Le logement peut être délimité par une paroi annulaire externe et par une paroi annulaire interne. La paroi annulaire externe peut s’étendre radialement vers l’extérieur depuis la paroi annulaire interne, formant un « c ». Le logement peut être fermé à l’aval en partie par une paroi aval du carter et par un carénage annulaire entourant la paroi aval.
En outre, des moyens d’étanchéité peuvent être arrangés au niveau du débouché du logement dans la veine d’écoulement d’air.
Une partie radialement externe du dispositif de distorsion de flux peut être insérée dans le logement par une ouverture prévue dans la paroi annulaire interne formant le débouché du logement dans la veine d’écoulement d’air.
Un premier joint d’étanchéité, par exemple du type joint à lèvre, peut être arrangé en amont du dispositif de distorsion de flux. Ce premier joint d’étanchéité peut être disposé dans une rainure annulaire prévue dans une extrémité axiale de la paroi annulaire interne. Un second joint d’étanchéité, par exemple du type joint torique, peut être arrangé en aval du dispositif de distorsion de flux. Ce second joint d’étanchéité peut être arrangé dans une extrémité axiale de la paroi aval.
Les moyens de transmission de rotation peuvent comprendre un support tournant, en particulier solidaire du second pignon ou de la roue dentée. La partie radialement externe du dispositif de distorsion de flux peut être montée de façon amovible sur ledit support tournant.
La machine d’essai peut comprendre un palier de guidage en rotation du dispositif de distorsion de flux, ladite partie radialement externe étant montée de façon amovible sur le palier de guidage.
Le palier de guidage peut comprendre une bague interne sur laquelle est fixé le dispositif de distorsion de flux et une bague externe fixée au carénage et/ou à la paroi aval. Des éléments roulants peuvent être agencés entre la bague interne et la bague externe. La bague externe peut comprendre un canal prévu pour la circulation de lubrifiant destiné par exemple aux éléments roulants.
La machine d’essai peut comprendre au moins un capteur arrangé au niveau de la veine d’écoulement d'air, ledit capteur étant configuré pour relever une caractéristique du flux circulant dans la veine d’écoulement d'air. Le capteur peut être configuré pour mesurer une pression, une température, une vitesse ou toute autre caractéristique physique du flux circulant dans la veine d’écoulement d’air. Au moins un capteur peut être arrangé en aval de la roue à aubes mobile.
L’invention concerne encore un procédé de caractérisation du flux circulant dans une machine d’essai selon l’un des exemples discutés ci-dessus, le procédé comprenant les étapes consistant à :
a) monter le dispositif de distorsion de flux dans la veine d’écoulement d'air,
b) orienter le dispositif de distorsion de flux autour de l’axe longitudinal suivant une orientation donnée, et
c) effectuer des mesures des caractéristiques du flux circulant dans la veine d’écoulement d'air.
Le procédé peut comprendre la répétition des étapes b) et c).
Brève description des figures
représente une demi-vue schématique en coupe d’une machine d’essai de l’art antérieur,
représente une vue en perspective d’un exemple de dispositif de distorsion de flux de l’art antérieur,
représente des vues de face d’autres exemples de dispositif de distorsion de flux de l’art antérieur,
représente une demi-vue schématique d’une partie amont d’une machine d’essai selon l’invention.
 Description détaillée de l’invention
La représente une partie amont d’une machine d’essai 100 selon l’invention. La machine d’essai 100 comprend les mêmes éléments que la machine d’essai 1 de la et est configurée pour des essais aérodynamiques. A la différence, la machine d’essai 100 comprend dans sa partie amont des moyens d’actionnement en rotation d’un dispositif de distorsion de flux 8 tel que celui de la ou 3a à 3d. En particulier, la machine d’essai 100 comprend une manche d’entrée d’air 102 formant la partie amont du carter 3 de la machine d’essai. La manche d’entrée d’air 102 est annulaire et dans laquelle circule un flux d’air. Dans sa partie amont, la manche d’entrée d’air 102 comprend une partie recourbée radialement vers l’extérieur afin de canaliser le flux d’air entrant.
La manche d’entrée d’air 102 comprend un logement dans lequel sont arrangés des moyens d’actionnement en rotation du dispositif de distorsion de flux 8. Le logement est délimité par une paroi annulaire externe 101 et par une paroi annulaire interne 103. La paroi annulaire externe 101 s’étend radialement vers l’extérieur depuis la paroi annulaire interne 103, formants un « c ». Le logement est fermé à l’aval en partie par une paroi aval 104 du carter 3 et par un carénage 105 annulaire entourant la paroi aval 104. L’axe de révolution du dispositif de distorsion de flux 8 est confondu avec un axe longitudinal X de la machine d’essai 100.
Pour actionner en rotation le dispositif de distorsion de flux 8, la machine d’essai 100 comprend un moteur électrique 108 muni d’un pignon 110, par exemple un pignon conique. Le moteur électrique 108 est inséré à travers la paroi annulaire externe 101. La machine d’essai 100 comprend aussi un support tournant 112 annulaire et comprenant une roue dentée 114 annulaire, en prise avec le pignon 110 pour entrainer la rotation du support tournant 112. Le dispositif de distorsion de flux 8 est monté sur le support tournant 112 et y est fixé par des vis par exemple.
La machine d’essai 100 comprend en outre un moyen de détermination de la position azimutale du support de distorsion. Un tel moyen peut être un capteur angulaire par exemple intégré au moteur électrique 108.
La machine d’essai 100 comprend en outre un palier de guidage en rotation du dispositif de distorsion de flux 8. Le palier de guidage comprend une bague interne 116 sur laquelle est fixé le dispositif de distorsion de flux 8 et une bague externe 118 fixée au carénage 105 et à la paroi aval 104. Des éléments roulants 120 sont agencés entre la bague interne 116 et la bague externe 118, soit au contact les uns des autres, soit espacés par une cage ou des séparateurs non représentés ici. La bague externe 118 comprend un canal 122 dans lequel circule du lubrifiant destiné par exemple aux éléments roulants 120. Le dispositif de distorsion du flux 8 est fixé à la bague interne 116 par vissage. Les éléments roulants 120 peuvent être du type doublet de couronne à billes. La bague externe 118 peut comprendre un jeu 122 prévu pour appliquer une pré-charge sur le doublet de couronne à billes de sorte à en consommer tout jeu.
Une partie radialement externe du dispositif de distorsion de flux 8 est insérée dans le logement par une ouverture prévue dans la paroi annulaire interne 103. Afin d’assurer l’étanchéité au niveau de ladite ouverture, deux joints d’étanchéité sont arrangés en amont et en aval de la partie radialement externe du dispositif de distorsion de flux 8. Un joint d’étanchéité 126, par exemple du type joint à lèvre, est arrangé en amont dispositif de distorsion de flux 8. Un joint d’étanchéité 124, par exemple du type joint torique, est arrangé en aval dispositif de distorsion de flux 8. Le joint d’étanchéité 126 est arrangé dans une rainure annulaire prévue dans une extrémité axiale de la paroi annulaire interne 103. Le joint d’étanchéité 124 est arrangé dans une rainure aménagée dans une extrémité axiale de la paroi aval 104. L’amont et l’aval sont définis par rapport à l’écoulement du flux dans la veine 2.
La machine d’essai 100 comprend, en aval du dispositif de distorsion du flux 8, des capteurs configurés pour caractériser le flux circulant dans la veine 2. Les capteurs sont aptes à mesurer une pression, une température, une vitesse ou toute autre caractéristique physique du flux circulant dans la veine 2 d’écoulement d’air. Au moins un capteur est arrangé en aval de la roue à aubes 7 mobile.
En fonctionnement, un dispositif de distorsion du flux 8 est monté dans la machine d’essai 100 et est fixé au support tournant 112. La machine d’essai 100 est actionnée et les caractéristiques du flux dans la veine 2 sont relevées. Lorsque, le dispositif de distorsion du flux 8 n’est pas symétrique autour de l’axe longitudinal X, le moteur électrique 108 est actionné pour modifier l’orientation du dispositif de distorsion du flux 8 autour de l’axe longitudinal X et les caractéristiques du flux dans la veine 2 sont relevées pour cette orientation. L’orientation du dispositif de distorsion de flux 8 est modifiée autant que nécessaire pour relever les caractéristiques du flux dans la veine 2. Ainsi, les perturbations produites par l’orientation du dispositif de distorsion de flux 8 peuvent être testées de façon simple et peu couteuse.

Claims (10)

  1. Machine d'essai (100) comportant une veine (2) d'écoulement d'air dans laquelle est située au moins une roue à aubes (7) mobile en rotation selon un axe longitudinal (X) de la veine (2) d'écoulement d'air, ladite machine d’essai comportant un dispositif de distorsion de flux (8) agencé en amont de la roue à aubes mobile suivant la direction de l’écoulement d’air, ledit dispositif de distorsion de flux (8) étant monté rotatif autour de l’axe longitudinal (X).
  2. Machine d’essai (100) selon la revendication 1, comprenant des moyens d’actionnement (108) du dispositif de distorsion de flux (8) et des moyens de transmission de rotation des moyens d’actionnement audit dispositif de distorsion de flux (8).
  3. Machine d’essai (100) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le dispositif de distorsion de flux (8) comprend une grille (9) montée sur un support de grille, ledit support de grille comprenant une partie annulaire interne (11) et une partie annulaire externe (12) reliées par des bras de renfort (10,13), ladite partie annulaire externe (12) étant, coaxiale avec, et entourant ladite partie annulaire interne (11), lesdits bras de renfort s’étendant radialement et étant répartis circonférentiellement autour d’un axe desdites parties annulaires interne et externe.
  4. Machine d’essai (100) selon l’une des revendications précédentes, comprenant un carter (3) définissant la veine (2) d’écoulement d’air et dans lequel sont agencés la roue à aubes (7) mobile et le dispositif de distorsion du flux (8).
  5. Machine d’essai (100) selon la revendication 4 en combinaison avec la revendication 2, dans laquelle les moyens d’actionnement (108) du dispositif de distorsion de flux (8) et les moyens de transmission de rotation sont agencés dans un logement du carter (3) arrangé en amont de la roue à aubes (7) mobile.
  6. Machine d’essai (100) selon la revendication précédente, dans laquelle des moyens d’étanchéité (126,124) sont arrangés au niveau du débouché du logement dans la veine (2) d’écoulement d’air.
  7. Machine d’essai (100) selon l’une des revendications précédentes prise en combinaison avec les revendications 2 et 3, dans laquelle les moyens de transmission de rotation comprennent un support tournant (112), la partie radialement externe du dispositif de distorsion de flux (8) étant montée de façon amovible sur ledit support tournant.
  8. Machine d’essai (100) selon l’une des revendications précédentes prise en combinaison avec les revendications 2 et 3, comprenant un palier de guidage (116,118) en rotation du dispositif de distorsion de flux (8), ladite partie radialement externe étant montée de façon amovible sur le palier de guidage (116,118).
  9. Machine d’essai (100) selon l’une des revendications précédentes, comprenant au moins un capteur arrangé au niveau de la veine (2) d’écoulement d’air, ledit capteur étant configuré pour relever une caractéristique du flux circulant dans la veine d’écoulement d’air.
  10. Procédé de caractérisation du flux circulant dans une machine d’essai (100) selon l’une de revendications précédentes, comprenant les étapes consistant à :
    - monter le dispositif de distorsion de flux (8) dans la veine (2) d’écoulement d’air,
    - orienter le dispositif de distorsion de flux (8) autour de l’axe longitudinal (X) suivant une orientation donnée, et
    - effectuer des mesures des caractéristiques du flux circulant dans la veine (2) d’écoulement d’air.
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