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FR3049644A1 - Aube directrice de sortie pour turbomachine d'aeronef, presentant une fonction amelioree de refroidissement de lubrifiant a l'aide d'une matrice de conduction thermique logee dans un passage interieur de l'aube - Google Patents

Aube directrice de sortie pour turbomachine d'aeronef, presentant une fonction amelioree de refroidissement de lubrifiant a l'aide d'une matrice de conduction thermique logee dans un passage interieur de l'aube Download PDF

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FR3049644A1
FR3049644A1 FR1652888A FR1652888A FR3049644A1 FR 3049644 A1 FR3049644 A1 FR 3049644A1 FR 1652888 A FR1652888 A FR 1652888A FR 1652888 A FR1652888 A FR 1652888A FR 3049644 A1 FR3049644 A1 FR 3049644A1
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FR
France
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blade
main
passage
lubricant
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FR1652888A
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English (en)
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FR3049644B1 (fr
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Cedric Zaccardi
Mohamed-Lamine Boutaleb
Sebastien Christophe Chalaud
Eric Pierre Georges Lemarechal
Thierry Georges Paul Papin
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
SNECMA SAS
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Publication date
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Abstract

L'invention concerne une aube directrice (24) pour turbomachine d'aéronef à double flux, la partie aérodynamique (32) de l'aube comportant un passage intérieur (50a) de refroidissement de lubrifiant s'étendant selon une direction principale (52a) et étant en partie délimité par une paroi d'intrados (70) et par une paroi d'extrados (72) de l'aube. Selon l'invention, une matrice de conduction thermique (50a') est logée dans le passage (50a), et présente des ailettes principales de transfert thermique s'étendant parallèlement à la direction (52a), et agencées en quinconce.

Description

AUBE DIRECTRICE DE SORTIE POUR TURBOMACHINE D'AERONEF, PRESENTANT UNE FONCTION AMELIOREE DE REFROIDISSEMENT DE LUBRIFIANT A L'AIDE D'UNE MATRICE DE CONDUCTION THERMIQUE LOGEE DANS UN PASSAGE INTERIEUR DE L'AUBE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte au domaine des turbomachines d'aéronef à double flux, et en particulier à la conception des aubes directrices agencées dans tout ou partie d'un flux d'air d'une soufflante de la turbomachine.
Il s'agit de préférence d'aubes directrices de sortie, également dénommées OGV (de l'anglais « Outlet Guide Vane »), prévues pour redresser le flux d'air en sortie de la soufflante. Alternativement ou simultanément, des aubes directrices pourraient le cas échéant être placées à l'entrée de la soufflante. Les aubes directrices sont classiquement agencées dans la veine secondaire de la turbomachine. L'invention concerne de préférence un turboréacteur d'aéronef équipé de telles aubes directrices de sortie.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Sur certaines turbomachines à double flux, il est connu d'implanter des aubes directrices de sortie en aval de la soufflante pour redresser le flux qui s'échappe de celle-ci, et aussi éventuellement pour remplir une fonction structurale. Cette dernière fonction vise en effet à permettre le passage des efforts du centre de la turbomachine, vers une virole extérieure située dans le prolongement du carter de soufflante. Dans ce cas de figure, une attache moteur est classiquement agencée sur ou à proximité de cette virole extérieure, pour assurer la fixation entre la turbomachine et un mât d'accrochage de l'aéronef. Récemment, il a également été proposé d'affecter une fonction additionnelle aux aubes directrices de sortie. Il s'agit d'une fonction d'échangeur thermique entre l'air extérieur traversant la couronne d'aubes directrices de sortie, et du lubrifiant circulant à l'intérieur de ces aubes. Cette fonction d'échangeur thermique est par exemple connue du document US 8 616 834, ou encore du document FR 2 989 110.
Le lubrifiant destiné à être refroidi par les aubes directrices de sortie peut provenir de différentes zones de la turbomachine. Il peut en effet s'agir d'un lubrifiant circulant à travers des enceintes de lubrification des paliers de roulement supportant les arbres moteur et/ou le moyeu de soufflante, ou encore d'un lubrifiant dédié à la lubrification des éléments de transmission mécanique de la boîte d'accessoires (de l'anglais AGB (« Accessory Geared Box »). Enfin, il peut aussi servir à la lubrification d'un réducteur d'entraînement de la soufflante, lorsqu'un tel réducteur est prévu sur la turbomachine afin de diminuer la vitesse de rotation de sa soufflante.
Les besoins croissants en lubrifiant nécessitent d'adapter en conséquence la capacité de dissipation de chaleur, associée aux échangeurs destinés au refroidissement du lubrifiant. Le fait d'attribuer un rôle d'échangeur thermique aux aubes directrices de sortie, comme dans les solutions des deux documents cités ci-dessus, permet en particulier de diminuer, voire de supprimer les échangeurs conventionnels du type ACOC (de l'anglais «Air Cooled Oil Cooler»). Ces échangeurs ACOC étant généralement agencés dans la veine secondaire, leur diminution / suppression permet de limiter les perturbations du flux secondaire, et d'augmenter ainsi le rendement global de la turbomachine.
Cependant, les solutions proposées dans l'art antérieur restent perfectibles. En particulier, il existe un besoin d'améliorer les échanges thermiques afin d'accroître encore davantage la capacité de dissipation de chaleur. Il existe également un besoin de renforcement de la tenue mécanique vis-à-vis des fortes pressions générées par la circulation du lubrifiant au sein de ces aubes. Ce besoin de renforcement de la tenue mécanique est d'ailleurs encore plus important dans le cas particulier d'une aube directrice à fonction structurale.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Pour répondre au moins partiellement à ces besoins, l'invention a tout d'abord pour objet une aube directrice destinée à être agencée dans tout ou partie d'un flux d'air d'une soufflante de turbomachine d'aéronef à double flux, l'aube directrice comprenant un pied, une tête, ainsi qu'une partie aérodynamique de redressement de flux agencée entre le pied et la tête de l'aube, ladite partie aérodynamique de l'aube comportant un premier passage intérieur de refroidissement de lubrifiant s'étendant selon une première direction principale d'écoulement du lubrifiant allant du pied vers la tête l'aube, ledit premier passage intérieur étant en partie délimité par une paroi d'intrados et par une paroi d'extrados de l'aube.
Selon l'invention, l'aube comporte une première matrice de conduction thermique logée dans ledit premier passage intérieur et comprenant des rangées d'ailettes principales de transfert thermique se succédant selon la première direction parallèlement à laquelle s'étendent lesdites ailettes principales, celles-ci étant espacées les unes des autres selon la première direction ainsi que selon une direction transversale de l'aube allant d'un bord d'attaque vers un bord de fuite de sa partie aérodynamique, de sorte qu'au moins certaines desdites ailettes principales soient agencées sensiblement en quinconce. De plus, chaque rangée comprend des ailettes de jonction reliant chacune deux ailettes principales directement consécutives selon la direction transversale, lesdites ailettes de jonction d'une même rangée étant alternativement en contact intérieur avec la paroi d'intrados et avec la paroi d'extrados de façon à former, avec les ailettes principales qu'elles relient, une structure transversale de forme générale en créneaux.
Ainsi, l'orientation et la disposition des ailettes principales procurent une résistance mécanique satisfaisante et des performances thermiques élevées, tout en limitant les pertes de charges subies par le lubrifiant traversant le premier passage intérieur équipé des ailettes. L'invention présente par ailleurs au moins l'une des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison. L'aube directrice comprend, au niveau du pied ou de la tête de l'aube, un orifice d'introduction de la première matrice de conduction thermique dans le premier passage intérieur. L'emplacement de l'orifice d'introduction réduit considérablement les risques de fuite et d'introduction accidentelle de lubrifiant dans le flux d'air de soufflante. D'autre part, cette conception permet de réaliser d'un seul tenant les parties de l'aube qui délimitent le premier passage intérieur, pour l'obtention d'une meilleure résistance mécanique.
La première matrice de conduction thermique comprend au moins une zone dans laquelle lesdites ailettes principales sont prévues dans une densité comprise entre 1 et 5 ailettes/cm2.
La première matrice de conduction thermique présente une densité d'ailettes variable, même si alternativement, il pourrait être prévu une densité sensiblement homogène au sein de cette première matrice. Cette faculté de faire varier la densité d'ailettes permet en particulier d'adapter localement les échanges thermiques entre le lubrifiant et le flux secondaire. A titre indicatif, la densité peut être diminuée dans les zones où le coefficient d'échange thermique avec l'air est plus important, alors qu'inversement, la densité d'ailettes est préférentiellement augmentée dans les zones où le coefficient d'échange thermique est plus faible.
Cette faculté de faire varier la densité d'ailettes au sein du premier passage intérieur, dans la direction transversale de l'aube, permet également de contrôler l'homogénéité / l'hétérogénéité du débit de lubrifiant dans cette même direction, en fonction des besoins rencontrés. Cette faculté est également de préférence mise en œuvre dans le second passage mentionné ci-après.
La première matrice de conduction thermique peut présenter au moins une première zone et une seconde zone décalée de la première zone selon la direction transversale, la seconde zone présentant une hauteur moyenne entre les parois d'intrados et d'extrados qui est inférieure à la hauteur moyenne de la première zone, et ladite première zone présentant une densité moyenne d'ailettes supérieure à celle de la seconde zone. Cette conception particulière permet avantageusement d'obtenir un débit de lubrifiant sensiblement homogène dans la direction transversale du premier passage intérieur, malgré sa hauteur évolutive le long de cette même direction. Dans le même esprit, il est possible d'envisager un pas d'ailettes variable, de manière à disposer d'une section de passage hydraulique toujours égale.
De plus, ledit premier passage peut définir un canal de décongélation de lubrifiant s'étendant selon la première direction principale, ledit canal étant dépourvu d'ailettes tout le long de celui-ci et longeant la première matrice de conduction thermique. Alternativement, il peut s'agir d'un canal dans lequel se trouvent des ailettes principales de la première matrice, mais dans une densité plus faible que celle adoptée dans les zones adjacentes. Dans les deux cas, cela permet de gérer les phases de vol particulières dans lesquelles le lubrifiant descend à de très basses températures, lui conférant une forte viscosité. En effet, grâce à ce canal dit « de décongélation » prévu au sein du premier passage intérieur, le lubrifiant peut plus facilement circuler à travers ce passage en empruntant le canal dédié, et permet en même temps de réchauffer le lubrifiant figé entre les ailettes des zones adjacentes audit canal. A cet égard, il est indiqué que le canal de décongélation est préférentiellement prévu à l'une des extrémités du premier passage intérieur, selon la direction transversale de ce dernier.
Il est noté que l'aube pourrait ne comprendre qu'un unique premier passage, assurant la circulation du lubrifiant radialement vers l'extérieur. Dans ce cas de figure, la couronne d'aubes directrices comprendrait alors de préférence au moins une autre aube de conception analogue, avec un passage intérieur également équipé d'une matrice de conduction thermique, assurant la circulation du lubrifiant radialement vers l'intérieur. Néanmoins, le lubrifiant ne doit pas nécessairement revenir radialement vers le moyeu via une autre aube. Il peut en effet par exemple être réintroduit radialement vers l'intérieur par d'autres éléments connus de la turbomachine.
Cependant, la partie aérodynamique de l'aube comporte de préférence également un second passage intérieur de refroidissement de lubrifiant s'étendant selon une seconde direction principale d'écoulement du lubrifiant allant de la tête vers le pied de l'aube, ledit second passage intérieur étant en partie délimité par la paroi d'intrados et par la paroi d'extrados de l'aube, une seconde matrice de conduction thermique étant logée dans ledit second passage intérieur et comprenant des rangées d'ailettes principales de transfert thermique se succédant selon la seconde direction parallèlement à laquelle s'étendent lesdites ailettes principales, celles-ci étant espacées les unes des autres selon la seconde direction ainsi que selon la direction transversale de sorte qu'au moins certaines desdites ailettes principales soient agencées sensiblement en quinconce dans le second passage intérieur. De plus, chaque rangée comprend des ailettes de jonction reliant chacune deux ailettes principales directement consécutives selon la direction transversale, lesdites ailettes de jonction d'une même rangée étant alternativement en contact intérieur avec la paroi d'intrados et avec la paroi d'extrados de façon à former, avec les ailettes principales qu'elles relient, une structure transversale de forme générale en créneaux.
Selon une possibilité, les premier et second passages intérieurs s'étendent chacun séparément à travers l'intégralité de la partie aérodynamique de l'aube.
Selon une autre possibilité, les premier et second passages intérieurs sont reliés fluidiquement l'un à l'autre à proximité de la tête de l'aube, et la densité moyenne d'ailettes au sein du premier passage intérieur est préférentiellement inférieure à la densité d'ailettes au sein du second passage intérieur. En effet, puisque le lubrifiant est plus froid dans le sens du retour adopté au sein du second passage intérieur, il est ainsi possible d'accroître la puissance thermique échangée en augmentant la densité moyenne d'ailettes dans ce second passage.
De préférence, l'aube directrice présente une fonction structurale, en ce sens qu'elle permet le passage des efforts du centre de la turbomachine, vers une virole extérieure située dans le prolongement du carter de soufflante. L'invention a également pour objet une turbomachine d'aéronef, de préférence un turboréacteur, comprenant une pluralité d'aubes directrices telles que celles décrites ci-dessus, agencées en aval ou en amont d'une soufflante de la turbomachine.
Enfin, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une telle aube directrice, ladite partie aérodynamique de l'aube étant réalisée d'un seul tenant de manière à laisser apparaître le premier passage intérieur, puis la première matrice de conduction thermique est insérée dans ledit premier passage intérieur. La matrice peut être réalisée de manière conventionnelle, ou encore par la technique de fabrication additive. Il est noté que la fabrication additive se révèle parfaitement adaptée à la réalisation de la matrice de conduction thermique, en particulier parce que cette technique permet de faire varier aisément la densité d'ailettes principales de conduction thermique. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels ; - la figure 1 représente une vue schématique de côté d'un turboréacteur selon l'invention ; - la figure 2 représente une vue agrandie, plus détaillée, d'une aube directrice de sortie du turboréacteur montré sur la figure précédente, selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention ; - la figure 3 est une vue agrandie d'une partie de l'aube directrice de sortie montrée sur la figure précédente ; - la figure 3a est une vue en perspective d'une partie de l'aube directrice montrée sur la figure 3 ; - la figure 3b est une vue en coupe prise le long de la ligne lllb-lllb de la figure 3a ; - la figure 3c est une vue agrandie d'une partie de l'aube montrée sur la figure 3a ;
- la figure 4 correspond à une vue en coupe prise le long de la ligne IV-IV de la figure 3 ; - la figure 4a est une vue similaire à celle de la figure 4, avec l'aube se trouvant selon une alternative de réalisation ; - la figure 5 représente le fonctionnement de l'échangeur thermique constitué par l'aube directrice de sortie montrée sur les figures précédentes, selon un premier principe de fonctionnement ; - la figure 6 est une vue analogue à celle de la figure 5, avec l'aube directrice de sortie se présentant sous la forme d'un second mode de réalisation préféré de l'invention ; - la figure 7 est une vue analogue à celle de la figure 4, avec l'aube directrice de sortie se présentant sous la forme d'un troisième mode de réalisation préféré de l'invention ; - la figure 8 est une vue analogue à celle de la figure 4, avec l'aube directrice de sortie se présentant sous la forme d'un quatrième mode de réalisation préféré de l'invention ; - la figure 9 est une vue analogue à celle de la figure 5, avec l'aube directrice de sortie se présentant sous la forme d'un cinquième mode de réalisation préféré de l'invention ; et
- la figure 10 correspond à une vue en coupe prise le long de la ligne X-X de la figure 9.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS
En référence à la figure 1, il est représenté un turboréacteur 1 à double flux et à double corps, présentant un taux de dilution élevé. Le turboréacteur 1 comporte de façon classique un générateur de gaz 2 de part et d'autre duquel sont agencés un compresseur basse pression 4 et une turbine basse pression 12, ce générateur de gaz 2 comprenant un compresseur haute pression 6, une chambre de combustion 8 et une turbine haute pression 10. Par la suite, les termes « avant » et « arrière » sont considérés selon une direction 14 opposée à la direction d'écoulement principale des gaz au sein du turboréacteur, cette direction 14 étant parallèle à l'axe longitudinal 3 de celle-ci. En revanche, les termes « amont » et « aval » sont considérés selon la direction d'écoulement principale des gaz au sein du turboréacteur.
Le compresseur basse pression 4 et la turbine basse pression 12 forment un corps basse pression, et sont reliés l'un à l'autre par un arbre basse pression 11 centré sur l'axe 3. De même, le compresseur haute pression 6 et la turbine haute pression 10 forment un corps haute pression, et sont reliés l'un à l'autre par un arbre haute pression 13 centré sur l'axe 3 et agencé autour de l'arbre basse pression 11. Les arbres sont supportés par des paliers de roulement 19, qui sont lubrifiés en étant agencés dans des enceintes d'huile. Il en est de même pour le moyeu de soufflante 17, également supporté par des paliers de roulement 19.
Le turboréacteur 1 comporte par ailleurs, à l'avant du générateur de gaz 2 et du compresseur basse pression 4, une soufflante 15 unique qui est ici agencée directement à l'arrière d'un cône d'entrée d'air du moteur. La soufflante 15 est rotative selon l'axe 3, et entourée d'un carter de soufflante 9. Sur la figure 1, elle n'est pas entraînée directement par l'arbre basse pression 11, mais seulement entraînée indirectement par cet arbre via un réducteur 20, ce qui lui permet de tourner avec une vitesse plus lente. Néanmoins, une solution à entraînement direct de la soufflante 15, par l'arbre basse pression 11, entre dans le cadre de l'invention.
En outre, le turboréacteur 1 définit une veine primaire 16 destinée à être traversée par un flux primaire, ainsi qu'une veine secondaire 18 destinée à être traversée par un flux secondaire situé radialement vers l'extérieur par rapport au flux primaire, le flux de la soufflante étant donc divisé. Comme cela est connu de l'homme du métier, la veine secondaire 18 est délimitée radialement vers l'extérieur en partie par une virole extérieure 23, préférentiellement métallique, prolongeant vers l'arrière le carter de soufflante 9.
Bien que cela n'ait pas été représenté, le turboréacteur 1 est équipé d'un ensemble d'équipements, par exemple du type pompe à carburant, pompe hydraulique, alternateur, démarreur, actionneur stator à calage variable (VSV), actionneur de vanne de décharge, ou encore générateur électrique de puissance. Il s'agit notamment d'un équipement pour la lubrification du réducteur 20. Ces équipements sont entraînés par une boîte d'accessoires ou AGB (non représentée), qui est également lubrifiée.
En aval de la soufflante 15, dans la veine secondaire 18, il est prévu une couronne d'aubes directrices qui sont ici des aubes directrices de sortie 24 (ou OGV, de l'anglais « Outlet Guide Vane »). Ces aubes statoriques 24 relient la virole extérieure 23 à un carter 26 entourant le compresseur basse pression 4. Elles sont espacées circonférentiellement les unes des autres, et permettent de redresser le flux secondaire après son passage à travers la soufflante 15. De plus, ces aubes 24 peuvent également remplir une fonction structurale, comme c'est le cas dans les exemples de réalisation qui sont présentement décrits. Elles assurent le transfert des efforts provenant du réducteur et des paliers de roulement 19 des arbres moteur et du moyeu de soufflante, vers la virole extérieure 23. Ensuite, ces efforts peuvent transiter par une attache moteur 30 fixée sur la virole 23 et reliant le turboréacteur à un mât d'accrochage (non représenté) de l'aéronef.
Enfin, les aubes directrices de sortie 24 assurent, dans les exemples de réalisation qui sont présentement décrits, une troisième fonction d'échangeur thermique entre le flux d'air secondaire traversant la couronne d'aubes, et du lubrifiant circulant à l'intérieur de ces aubes 24. Le lubrifiant destiné à être refroidi par les aubes directrices de sorties 24 est celui servant à la lubrification des paliers de roulement 19, et/ou des équipements du turboréacteur, et/ou du boîtier d'accessoires, et/ou du réducteur 20. Ces aubes 24 font ainsi partie du/des circuits fluidiques dans lesquels le lubrifiant est mis en circulation pour successivement lubrifier le/les éléments associés, puis pour être refroidi.
En référence à présent aux figures 2 à 5, il va être décrit l'une des aubes directrices de sortie 24, selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention. A cet égard, il est noté que l'invention telle qu'elle va être décrite en référence aux figures 2 à 5 peut s'appliquer à toutes les aubes 24 de la couronne statorique centrée sur l'axe 3, ou bien seulement à certaines de ces aubes. L'aube 24 peut être d'orientation strictement radiale comme sur la figure 1, ou bien être légèrement inclinée axialement comme cela est montré sur la figure 2. Dans tous les cas, elle est préférentiellement droite en vue de côté telle que montrée sur la figure 2, en s'étendant selon une direction d'envergure 25. L'aube directrice de sortie 24 comporte une partie aérodynamique 32 qui correspond à sa partie centrale, c'est-à-dire celle exposée au flux secondaire. De part et d'autre de cette partie aérodynamique 32 servant à redresser le flux sortant de la soufflante, l'aube 24 comporte respectivement un pied 34 et une tête 36.
Le pied 34 sert à la fixation de l'aube 24 sur le carter du compresseur basse pression, tandis que la tête sert à la fixation de cette même aube sur la virole extérieure prolongeant le carter de soufflante. De plus, l'aube 24 comprend au niveau de son pied et de sa tête, des plateformes 40 servant à reconstituer la veine secondaire entre les aubes 24, dans la direction circonférentielle.
La partie aérodynamique 32 de l'aube, sans ses matrices de conduction thermique qui seront décrites ci-après, est d'un seul tenant, par exemple par fabrication additive dite impression 3D ou fabrication directe. La fabrication additive de la partie aérodynamique 32 est par exemple réalisée par l'une quelconque des techniques suivantes : - fusion sélective par laser (de l'anglais « Sélective Laser Melting » ou « SLM ») ou par faisceau d'électrons (de l'anglais « Electron Beam Melting » ou « EBM ») ; - frittage sélectif par laser (de l'anglais « Sélective Laser Sintering » ou « SLS ») ou par faisceau d'électrons ; - tout autre type de technique de solidification de poudre sous l'action d'une source d'énergie de moyenne à forte puissance, le principe étant de faire fondre ou fritter un lit de poudre métallique par faisceau laser ou faisceau d'électrons.
La poudre utilisée est à base d'aluminium ou de titane, ou à base d'un autre matériau métallique ou tout autre matériau présentant des caractéristiques de conduction thermique satisfaisantes.
La partie aérodynamique 32 de l'aube pourrait néanmoins être réalisée à l'aide de techniques plus conventionnelles, permettant de faire apparaître une portion creusée dans laquelle la matrice serait ensuite introduite, avant la mise en place d'une plaque de fermeture par exemple par soudage, collage ou brasage.
De plus, la fabrication de la pièce unique peut comprendre le pied 34, et/ou la tête 36, et/ou les plateformes 40, sans sortir du cadre de l'invention.
Dans ce premier mode de réalisation préféré de l'invention, la partie aérodynamique 32 est équipée de deux passages intérieurs 50a, 50b sensiblement parallèles l'un à l'autre, et parallèles à la direction d'envergure 25. Plus précisément, il s'agit d'un premier passage intérieur 50a de refroidissement de lubrifiant, qui s'étend selon une première direction principale 52a d'écoulement du lubrifiant. Cette direction 52a est sensiblement parallèle à la direction d'envergure 25, et présente un sens allant du pied 34 vers la tête 36. De manière analogue, il est prévu un second passage intérieur 50b de refroidissement de lubrifiant, qui s'étend selon une seconde direction principale 52b d'écoulement du lubrifiant au sein de ce passage. Cette direction 52b est aussi sensiblement parallèle à la direction d'envergure 25, et présente un sens inverse allant de la tête 36 au pied 34. Le premier passage 50a est donc prévu pour être traversé radialement vers l'extérieur par le lubrifiant, tandis que le second passage 50b est prévu pour être traversé radialement vers l'intérieur. Pour assurer le passage de l'un à l'autre, à proximité de la tête 36, les extrémités radiales externes des deux passages 50a, 50b sont reliées fluidiquement par un coude 54 à 180°, correspondant à un creux pratiqué dans la partie aérodynamique 32.
Alternativement et de manière équivalente pour une aube de conception analogue, le premier passage intérieur s'étend selon sa première direction principale d'écoulement du lubrifiant qui présente un sens allant de la tête vers le pied, même si l'aube pourrait ne comprendre qu'un unique premier passage. De manière analogue, dans le cas prévu de l'aube pourvu du second passage intérieur de refroidissement de lubrifiant, ce passage peut s'étendre selon sa seconde direction principale présentant un sens allant du pied vers la tête.
Les extrémités radiales internes des deux passages 50a, 50b sont quant à elles reliées au circuit de lubrifiant, schématisé par l'élément 56 sur la figure 2. Ce circuit 56 comprend notamment une pompe (non représentée), permettant d'appliquer au lubrifiant le sens de circulation désiré au sein des passages 50a, 50b, à savoir l'introduction du lubrifiant par l'extrémité radiale interne du premier passage 50a, et l'extraction du lubrifiant par l'extrémité radiale interne du second passage 50b. Des raccords 66 assurent la communication fluidique entre les extrémités radiales internes des passages 50a, 50b et le circuit 56, ces raccords 66 traversant le pied 34.
Les deux passages 50a, 50b ainsi que le coude 54 présentent ensemble une forme générale de U, avec le premier passage 50a et le second passage 50b décalés l'un de l'autre selon une direction transversale 60 de l'aube sensiblement orthogonale à la direction d'envergure 25. Dans ce premier mode de réalisation préféré ainsi que dans tous les autres modes, pour optimiser au mieux les échanges thermiques, le premier passage 50a se situe du côté d'un bord de fuite 62 de l'aube 24, tandis que le second passage 50b se situe du côté d'un bord d'attaque 64. Cependant, une situation inverse peut être retenue, sans sortir du cadre de l'invention.
La partie aérodynamique 32 de l'aube directrice de sortie 24 comporte une paroi d'intrados 70, une paroi d'extrados 72, une zone pleine 74 raccordant les deux parois 70, 72 à proximité du bord de fuite 62, une zone pleine 76 raccordant les deux parois 70, 72 à proximité du bord d'attaque 64, ainsi qu'une zone pleine centrale 78. Cette dernière zone 78 raccorde les deux parois 70, 72 au niveau d'une portion sensiblement centrale de celles-ci, selon la direction de la corde de l'aube. Elle sert également de renfort structural et s'étend du pied 34 jusqu'au coude 54, tandis que les zones pleines 74, 76 s'étendent sur sensiblement toute la longueur de la partie 32, selon la direction d'envergure 25. Le premier passage 50a est formé entre les parois 70, 72 et entre les zones pleines 74, 78, tandis que le second passage 50b est formé entre les parois 70, 72 et entre les zones pleines 76, 78. Les parois d'intrados et d'extrados 70, 72 présentent, au regard des passages 50a, 50b qu'elles délimitent, des épaisseurs sensiblement constantes. En revanche, les passages 50a, 50b s'étendent transversalement selon la direction 60 en présentant une hauteur variable entre les deux parois 70, 72, comme cela est visible sur la figure 4. Alternativement, ces passages pourraient avoir une hauteur constante, comme cela a été représenté schématiquement sur la figure 4a pour le premier passage 50a. Dans ce dernier cas, les deux parois 70, 72 adoptent alors une épaisseur variable pour obtenir le profil aérodynamique de l'aube.
Les deux passages intérieurs 50a, 50b de refroidissement de lubrifiant présentent la particularité d'intégrer des matrices de conduction thermique, pourvues en particulier d'ailettes principales de transfert thermique. Ces matrices sont également dites matrices de convection.
Dans le premier mode de réalisation préféré de l'invention, la disposition et la forme des ailettes principales 80 sont sensiblement identiques dans les deux matrices 50a', 50b', respectivement logées dans les deux passages 50a, 50b. Les ailettes principales 80 sont également prévues dans des mêmes densités, bien que cela puisse en être autrement, comme cela ressortira des autres modes de réalisation qui seront décrits ultérieurement.
Les deux matrices 50a', 50b' étant sensiblement identiques, seule la première matrice 50a' va être décrite, mais il est à comprendre que cette description est également applicable par analogie à la seconde matrice 50b' logée dans le second passage intérieur 50b.
Comme cela est visible sur les figures 3 à 4, la première matrice de conduction thermique 50a' comprend des rangées 81 d'ailettes principales de transfert thermique 80, ces rangées se succédant selon la première direction 52a.
Les ailettes principales 80 sont localement agencées sensiblement orthogonalement aux parois intrados et extrados 70, 72. De plus, elles s'étendent chacune parallèlement à la première direction 52a, ces ailettes étant espacées les unes des autres selon cette même première direction 52a, ainsi que selon la direction transversale 60. Elles présentent une hauteur moyenne Hm, entre les deux parois 70, 72, de l'ordre de 4 à 8 mm. Leur épaisseur E, selon la direction transversale 60, présente une valeur préférentiellement constante comprise de préférence entre 0,5 et 1,5 mm, tandis que leur longueur L selon la direction 52a présente une valeur préférentiellement constante comprise entre 1 et 4 mm. Par ailleurs, les écartements / pas « P » entre les ailettes 80 selon chacune des deux directions 52a, 60, sont par exemple de l'ordre de 2 à 4 mm.
Dans au moins une zone de la matrice 50a', et de préférence dans l'intégralité de celle-ci, les ailettes 80 sont ainsi agencées en quinconce, avec une densité par exemple d'environ 3 ailettes/cm2. Plus généralement, la densité est comprise par exemple entre environ 1 et 5 ailettes/cm2 en moyenne.
La disposition particulière en quinconce des ailettes principales 80, combinée à leur longueur L agencée dans la direction principale d'écoulement 52a, permet d'obtenir des performances thermiques élevées tout en limitant les pertes de charges subies par le lubrifiant en fonctionnement.
En outre, chaque rangée 79 comprend des ailettes de jonction 80' reliant chacune deux ailettes principales 80 directement consécutives selon la direction transversale 60. Les ailettes de jonction 80' sont agencées sensiblement orthogonalement aux ailettes principales 80, en étant situées à plat sur la paroi d'intrados 70 ou sur la paroi d'extrados 72. Plus précisément, les ailettes d'une même rangée 79 sont alternativement en contact intérieur avec la paroi d'intrados 70, et en contact intérieur avec la paroi d'extrados 72. Chaque rangée forme ainsi, avec l'ensemble de ses ailettes principales 80 et de ses ailettes de jonction 80', une structure transversale de forme générale en créneaux. Comme cela est visible sur la figure 3a, les rangées 79 en forme générale de créneaux sont décalées transversalement les unes des autres d'une longueur correspondant à un demi-pas « P ». Les ailettes de jonction 80' sont de forme et de dimensions sensiblement identiques à celles des ailettes principales 80. En particulier, elles disposent de la même longueur « L » et de la même épaisseur « E ».
Comme ceci a été représenté sur la figure 3c, les ailettes de jonction 80' sont solidaires des extrémités des ailettes principales 80 qu'elles relient. De plus, les ailettes de jonction 80' situées côté extrados sont reliées les unes aux autres au niveau de leurs chants, de même que les ailettes de jonction 80' situées côté intrados sont reliées les unes aux autres, également au niveau de leurs chants. Cela permet la réalisation de l'intégralité de la matrice de conduction thermique 50a' par fabrication additive, par exemple selon l'une quelconque des techniques exposées précédemment.
Une fois réalisée, chaque matrice 50a', 50b' est insérée dans son passage associé 50a, 50b, depuis le pied 34 de l'aube fabriquée d'une seule pièce. L'insertion est effectuée via un orifice d'introduction 49a, 49b pratiqué à travers ce même pied d'aube 34, et présentant une section sensiblement identique à celle des passages 50a, 50b. Ces orifices d'introduction 49a, 49b, visibles sur la figure 2, débouchent ensuite dans les raccords 66 menant au circuit 56. Une solution avec des bouchons pourrait également être employée pour obturer partiellement les orifices d'introduction 49a, 49b, après l'insertion des matrices dans les passages. Dans ce cas de figure, les raccords 66 de section plus faible viendraient se raccorder sur les bouchons, au niveau d'un canal de circulation de lubrifiant pratiqué à travers chacun de ces bouchons.
Chaque matrice de conduction thermique 50a', 50b' s'étend sur toute ou partie de la longueur radiale de son passage 50a, 50b associé. De préférence, plus de 80% de la longueur radiale de chaque passage 50a, 50b est occupée par sa matrice correspondante 50a', 50b'.
Durant le fonctionnement de la turbomachine, le lubrifiant 82 schématisé sur la figure 5 est introduit dans le premier passage intérieur 50a, dans la première direction 52a allant radialement vers l'extérieur. A ce stade, le lubrifiant 82 présente une température élevée. Un échange thermique s'effectue alors entre ce lubrifiant 82 épousant la première matrice de conduction thermique (non représentée sur la figure 5), et le flux secondaire 81 épousant la surface extérieure des parois d'intrados et d'extrados 70, 72 portant ces ailettes. Le lubrifiant 82, après avoir été redirigé par le coude 54 dans le second passage 50b, subit dans ce dernier un refroidissement analogue, toujours par échange thermique avec le flux d'air secondaire 81 et en circulant selon la seconde direction principale d'écoulement 52b, à travers la seconde matrice de conduction thermique. Ensuite, le lubrifiant refroidi 82 est extrait de l'aube 24, et redirigé par le circuit fermé 56 vers les éléments à lubrifier.
En référence à présent à la figure 6, il est représenté un second mode de réalisation préféré dans lequel les passages 50a, 50b ne se raccordent pas au sein de la partie aérodynamique 32 de l'aube 24. Ils s'étendent en effet chacun séparément sur toute la longueur de la partie aérodynamique 32, pour se raccorder fluidiquement l'un à l'autre en dehors de l'aube 24. Pour ce faire, il est par exemple prévu un coude de raccordement 56 agencé radialement vers l'intérieur par rapport à la tête d'aube 36, par exemple en appui sur cette tête.
En référence à présent à la figure 7 représentant un troisième mode de réalisation préféré de l'invention, la densité d'ailettes de transfert thermique 80 au sein de la première et/ou de la seconde matrice 50a', 50b' est variable, c'est-à-dire non-uniforme. En effet, dans ce troisième mode, il est recherché l'obtention d'un débit de lubrifiant sensiblement homogène dans la direction transversale 60 du premier passage 50a, malgré sa hauteur évolutive entre les deux parois d'intrados et d'extrados 70, 72. Ainsi, pour la première matrice 50a', il est par exemple prévu une première zone ZI située en amont dans la direction transversale 60 et donc éloignée du bord de fuite 62, ainsi qu'une seconde zone Z2 adjacente située plus en aval dans la direction transversale 60, et donc plus proche du bord de fuite 62. L'espacement entre les parois d'intrados et d'extrados 70, 72 est croissant à partir de l'extrémité aval du passage 50a. Par conséquent, la seconde zone Z2 présente des ailettes dont la hauteur moyenne Hm2 est inférieure à la hauteur moyenne Hml des ailettes 80 de la première zone Zl. Aussi, pour obtenir la sensible homogénéité de débit de lubrifiant dans la direction transversale 60 du passage 50a, il est préférentiellement prévu que la première zone Zl présente une densité moyenne d'ailettes principales 80 supérieure à la densité prévue au sein de la seconde zone Z2. Cette densité supérieure dans la zone Zl est essentiellement obtenue en rapprochant davantage les ailettes 80 les unes des autres, dans la direction transversale 60.
Bien que cela n'ait pas été représenté, un agencement symétrique peut être adopté au sein du second passage, dont l'espacement entre les parois d'intrados et d'extrados 70, 72 se rétrécit en allant vers le bord d'attaque.
La figure 8 représente un quatrième mode de réalisation préféré de l'invention, dans lequel la densité moyenne d'ailettes 80 au sein de la première matrice 50a' est inférieure à la densité d'ailettes au sein de la seconde matrice 50b'. Cela permet d'augmenter la puissance thermique échangée au niveau du sens retour du lubrifiant, à un stade où il est plus froid car de la puissance thermique a déjà été échangée au sein du premier passage 50a, dans le sens aller de ce lubrifiant.
Enfin, les figures 9 et 10 représentent un cinquième mode de réalisation préféré, dans lequel il est prévu un canal de décongélation 90a, 90b, dans chacun des deux passages intérieurs 50a, 50b. Dans le premier passage 50a, le canal 90a s'étend parallèlement à la première direction 52a, en étant situé au plus près du bord de fuite 62. De façon symétrique, le canal 90b s'étend parallèlement à la seconde direction 52b en étant situé au plus près du bord d'attaque 64. La position à proximité du bord de fuite a ici été privilégiée, étant donné qu'il s'agit de la zone dans laquelle les échanges thermiques avec le flux d'air secondaire sont les plus élevés.
Chacun de ces deux canaux 90a, 90b s'étend sur toute la longueur de son passage associé, en débouchant dans le coude 54. Dans ce cinquième mode de réalisation préféré, chaque canal de décongélation 90a, 90b est dépourvu d'ailettes 80 tout le long de celui-ci, c'est-à-dire qu'il est entièrement vide pour favoriser la circulation du lubrifiant froid en limitant les pertes de charges. Chaque canal 90a, 90b est ainsi délimité entre la surface délimitant le passage intérieur 50a, 50b, et un chant de la matrice associée 50a', 50b'.
La présence de ces canaux 90a, 90b permet de gérer les phases de vol particulières dans lesquelles le lubrifiant présente des faibles températures, qui le rendent visqueux et qui lui donnent un aspect dit « de congélation ». Grâce à ces canaux 90a, 90b, le lubrifiant visqueux peut plus facilement circuler à travers les passages intérieurs 50a, 50b, en empruntant les canaux 90a, 90b situées aux extrémités. La circulation du lubrifiant au sein de ces canaux 90a, 90b permet de réchauffer progressivement le lubrifiant figé dans les autres parties des matrices 50a', 50b', entre les ailettes principales 80.
Pour un fonctionnement optimal, la largeur Le de chaque canal 90a, 90b, selon la direction transversale 60, est supérieure au pas transversal moyen Pm entre les ailettes principales 80 de son passage associé 50a, 50b. Le rapport entre ces deux dimensions Le, Pm est de préférence supérieur à 1,5, et encore préférentiellement supérieur à 2.
Alternativement, les canaux 90a, 90b pourraient présenter des ailettes principales de transfert thermique 80, en intégrant ces canaux dans les matrices. Au niveau des canaux, la densité des ailettes 80 serait alors plus faible que celle adoptée dans les autres zones des matrices. Cette densité réduite au sein des canaux intégrés 90a, 90b serait alors obtenue essentiellement en augmentant le pas transversal moyen entre les ailettes 80, au sein de ces canaux de décongélation 90a, 90b.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemples non limitatifs. En particulier, les caractéristiques techniques spécifiques à chacun des cinq modes de réalisation décrits ci-dessus sont combinables entre elles, sans sortir du cadre de l'invention. Enfin, il est noté que dans le cas non illustré des aubes directrices d'entrée pour redresser le flux d'air en amont de la soufflante, ces aubes sont agencées dans tout le flux d'air de la soufflante autour d'un cône d'entrée d'air non rotatif, les pieds des aubes étant alors reliés à ce cône fixe d'entrée d'air.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1. Aube directrice (24) destinée à être agencée dans tout ou partie d'un flux d'air d'une soufflante (15) de turbomachine d'aéronef à double flux, l'aube directrice comprenant un pied (34), une tête (36), ainsi qu'une partie aérodynamique (32) de redressement de flux agencée entre le pied et la tête de l'aube, ladite partie aérodynamique de l'aube comportant un premier passage intérieur (50a) de refroidissement de lubrifiant s'étendant selon une première direction principale (52a) d'écoulement du lubrifiant allant du pied (34) vers la tête (36) l'aube, ledit premier passage intérieur (50a) étant en partie délimité par une paroi d'intrados (70) et par une paroi d'extrados (72) de l'aube, caractérisée en ce qu'elle comporte une première matrice de conduction thermique logée dans ledit premier passage intérieur (50a) et comprenant des rangées d'ailettes principales de transfert thermique (80) se succédant selon la première direction (52a) parallèlement à laquelle s'étendent lesdites ailettes principales (80), celles-ci étant espacées les unes des autres selon la première direction (52a) ainsi que selon une direction transversale (60) de l'aube allant d'un bord d'attaque (64) vers un bord de fuite (62) de sa partie aérodynamique (32), de sorte qu'au moins certaines desdites ailettes principales (80) soient agencées sensiblement en quinconce, et en ce que chaque rangée comprend des ailettes de jonction reliant chacune deux ailettes principales (80) directement consécutives selon la direction transversale (60), lesdites ailettes de jonction d'une même rangée étant alternativement en contact intérieur avec la paroi d'intrados (70) et avec la paroi d'extrados (72) de façon à former, avec les ailettes principales (80) qu'elles relient, une structure transversale de forme générale en créneaux.
  2. 2. Aube directrice selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend, au niveau du pied ou de la tête de l'aube, un orifice d'introduction de la première matrice de conduction thermique dans le premier passage intérieur (50a).
  3. 3. Aube directrice selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que la première matrice de conduction thermique comprend au moins une zone dans laquelle lesdites ailettes principales (80) sont prévues dans une densité comprise entre 1 et 5 ailettes/cm2.
  4. 4. Aube directrice selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première matrice de conduction thermique présente une densité variable d'ailettes principales (80).
  5. 5. Aube directrice selon la revendication 4, caractérisée en ce que la première matrice de conduction thermique présente au moins une première zone (Zl) et une seconde zone (Z2) décalée de la première zone selon la direction transversale (60), la seconde zone (Z2) présentant une hauteur moyenne (Hm2) entre les parois d'intrados et d'extrados (70, 72) qui est inférieure à la hauteur moyenne (Hml) de la première zone (Zl), et en ce que ladite première zone (Zl) présente une densité moyenne d'ailettes supérieure à celle de la seconde zone (Z2).
  6. 6. Aube directrice selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit premier passage (50a) définit un canal de décongélation de lubrifiant (90a) s'étendant selon la première direction principale (52a), ledit canal (90a) étant dépourvu d'ailettes tout le long de celui-ci et longeant la première matrice de conduction thermique.
  7. 7. Aube directrice selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la partie aérodynamique (32) de l'aube comporte également un second passage intérieur (50b) de refroidissement de lubrifiant s'étendant selon une seconde direction principale (52b) d'écoulement du lubrifiant allant de la tête (36) vers le pied (34) de l'aube, ledit second passage intérieur (50b) étant en partie délimité par la paroi d'intrados (70) et par la paroi d'extrados (72) de l'aube, une seconde matrice de conduction thermique étant logée dans ledit second passage intérieur (50b) et comprenant des rangées d'ailettes principales de transfert thermique (80) se succédant selon la seconde direction (52b) parallèlement à laquelle s'étendent lesdites ailettes principales (80), celles-ci étant espacées les unes des autres selon la seconde direction (52b) ainsi que selon la direction transversale (60) de sorte qu'au moins certaines desdites ailettes principales (80) soient agencées sensiblement en quinconce dans le second passage intérieur (50b), et en ce que chaque rangée comprend des ailettes de jonction reliant chacune deux ailettes principales (80) directement consécutives selon la direction transversale (60), lesdites ailettes de jonction d'une même rangée étant alternativement en contact intérieur avec la paroi d'intrados (70) et avec la paroi d'extrados (72) de façon à former, avec les ailettes principales (80) qu'elles relient, une structure transversale de forme générale en créneaux.
  8. 8. Aube directrice selon la revendication 7, caractérisée en ce que les premier et second passages intérieurs (50, 50b) s'étendent chacun séparément à travers l'intégralité de la partie aérodynamique (32) de l'aube, ou en ce que les premier et second passages intérieurs (50a, 50b) sont reliés fluidiquement l'un à l'autre à proximité de la tête (36) de l'aube, la densité moyenne d'ailettes (80) au sein du premier passage intérieur (50a) étant alors préférentiellement inférieure à la densité d'ailettes (80) au sein du second passage intérieur (50b).
  9. 9. Aube directrice selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est à fonction structurale.
  10. 10. Turbomachine (1) d'aéronef, de préférence un turboréacteur, comprenant une pluralité d'aubes directrices (24) selon l'une quelconque des revendications précédentes, agencées en aval ou en amont d'une soufflante (15) de la turbomachine.
  11. 11. Procédé de fabrication d'une aube directrice (24) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ladite partie aérodynamique (32) de l'aube est réalisée d'un seul tenant de manière à laisser apparaître le premier passage intérieur (50a), puis la première matrice de conduction thermique est insérée dans ledit premier passage intérieur (50a).
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