FR3029242A1 - Aube de turbomachine, comprenant des cloisons entrecroisees pour la circulation d'air en direction du bord de fuite - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une aube pour turbomachine comprenant une pale (50). La pale (50) comporte un bord d'attaque (51), un bord de fuite (53), une paroi intrados (56) et une paroi extrados (58) espacées l'une de l'autre et reliant le bord d'attaque (51) au bord de fuite (53). La pale (50) comprend en outre au moins une cavité interne (55) entre la paroi d'intrados (56) et la paroi d'extrados (58), dans laquelle de l'air (60, 66) est destiné à circuler. Selon l'invention, la pale (50) comprend des cloisons transversales entrecroisées (72a, 74a), en aval de la cavité (55), de sorte à ce que de l'air puisse circuler depuis la cavité (55) en direction du bord de fuite (53) entre les cloisons entrecroisées (72a, 74a).

Description

AUBE DE TURBOMACHINE, COMPRENANT DES CLOISONS ENTRECROISEES POUR LA CIRCULATION D'AIR EN DIRECTION DU BORD DE FUITE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte aux aubes de turbomachine. Plus précisément, l'invention concerne les échanges thermiques au niveau du bord de fuite d'une aube de turbomachine. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Une aube de turbomachine comprend une pale. La pale comporte un bord d'attaque, un bord de fuite, une paroi d'intrados et une paroi d'extrados espacées l'une de l'autre et reliant le bord d'attaque au bord de fuite. De manière connue, la pale comporte en outre une cavité interne. Les aubes en entrée d'un compresseur sont au contact d'air particulièrement froid. La cavité est traversée par de l'air en provenance du compresseur, de façon à réchauffer la pale pour éviter le givrage de la pale.

Or, une aube de redresseur d'entrée de compresseur, également aube de roue directrice d'entrée de compresseur, comporte une pale d'épaisseur particulièrement fine au regard notamment de l'épaisseur d'une pale d'aube de turbine. Cette faible épaisseur pénalise les échanges thermiques à l'intérieur de la pale, notamment ceux à proximité du bord de fuite. Les aubes de redresseur d'entrée de compresseur sont d'ailleurs généralement plus étendues radialement que les aubes de turbine. Il existe donc un besoin pour améliorer les échanges thermiques à l'intérieur d'une aube de turbomachine, tout en limitant l'augmentation de l'épaisseur de la pale de l'aube.25 EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention vise à résoudre au moins partiellement les problèmes rencontrés dans les solutions de l'art antérieur. A cet égard, l'invention a pour objet une aube de turbomachine. L'aube comprend une pale. La pale comprend un bord d'attaque, un bord de fuite, une paroi d'intrados et une paroi d'extrados espacées l'une de l'autre et reliant le bord d'attaque au bord de fuite. La pale comporte en outre au moins une cavité interne entre la paroi d'intrados et la paroi d'extrados, dans laquelle de l'air est destiné à circuler. Selon l'invention, la pale comprend des cloisons transversales entrecroisées, dans un volume interne d'entrecroisement agencé entre la paroi d'intrados et la paroi d'extrados en aval de la cavité, de sorte à ce que de l'air puisse circuler depuis la cavité en direction du bord de fuite entre les cloisons entrecroisées. Les cloisons transversales entrecroisées permettent à l'air circulant dans la pale de refroidir ou de réchauffer plus efficacement l'intérieur de la pale, tout en limitant l'augmentation de l'épaisseur de la pale. En particulier, les cloisons transversales entrecroisées améliorent les échanges thermiques entre l'air et les parois de la pale à proximité du bord de fuite. L'aube est de préférence une aube en entrée de compresseur, dont l'épaisseur, mesurée entre la paroi d'intrados et la paroi d'extrados, est particulièrement faible. Dans ce cas, les cloisons transversales permettent davantage de limiter l'augmentation de l'épaisseur de la pale, tout en offrant à la fois une solidité convenable de la pale, ainsi qu'un réchauffement efficace de la pale par l'air circulant entre les cloisons entrecroisées.

L'air circulant dans la pale provient notamment d'un compresseur pour turbomachine. L'invention peut comporter de manière facultative une ou plusieurs des caractéristiques suivantes combinées entre elles ou non. Avantageusement, les cloisons transversales entrecroisées s'étendent jusqu'au bord de fuite formé en partie par les cloisons transversales entrecroisées, de sorte à ce que de l'air puisse circuler entre les cloisons transversales entrecroisées à travers le bord de fuite. Dans cette configuration, le bord de fuite est formé en partie par les cloisons transversales entrecroisées, ce qui favorise d'autant mieux les échanges thermiques au niveau du bord de fuite. Selon une forme de réalisation avantageuse, les cloisons transversales entrecroisées sont espacées les unes des autres le long de la direction d'envergure de la pale. Cet espacement est par exemple régulier selon la direction d'envergure de la pale. L'air ayant circulé dans la pale débouche de préférence au niveau du bord de fuite avec une direction sensiblement parallèle à celle de l'air circulant le long de la paroi intrados et de la paroi extrados, soit sensiblement perpendiculairement au bord de fuite. Selon une autre forme de réalisation avantageuse, les cloisons transversales entrecroisées s'étendent au moins sur la majorité de l'étendue de la cavité selon la direction d'envergure. Cette direction d'envergure est la direction radiale de la pale. Les cloisons transversales entrecroisées s'étendent de préférence sur sensiblement toute l'étendue du bord de fuite selon la direction d'envergure de la pale. Selon une particularité de réalisation, au moins une des cloisons transversales entrecroisées s'étend depuis la paroi d'intrados jusqu'à la paroi d'extrados. De préférence, l'aube comprend une portion d'accrochage, externe ou interne, délimitant une entrée d'air débouchant dans la cavité. Les cloisons transversales entrecroisées déterminent de préférence des rangées d'alvéoles dont les axes longitudinaux sont à la fois sensiblement parallèles à une direction longitudinale de la pale et transversaux à l'entrée d'air. Les axes des alvéoles sont notamment sensiblement orthogonaux à l'entrée d'air. Selon une autre particularité de réalisation, les cloisons transversales entrecroisées forment un maillage régulier.

Ce maillage régulier comprend de préférence une rangée centrale d'alvéoles de section en forme de quadrilatère. Deux rangées latérales d'alvéoles de section triangulaire sont notamment agencées de part et d'autre de cette rangée centrale.

En variante, les alvéoles peuvent prendre d'autres formes polygonales simples, par exemple une section hexagonale régulière. Par ailleurs, il est possible que les alvéoles soient disposées en seulement deux rangées ou en plus de trois rangées. Les cloisons transversales entrecroisées sont de préférence inclinées à la fois par rapport à la paroi d'intrados et à la paroi d'extrados.

Avantageusement, toutes les cloisons transversales sont entrecroisées, de manière à former des croisillons. L'invention se rapporte aussi à un compresseur de turbomachine comprenant au moins une aube telle que définie ci-dessus, l'aube étant une aube de redresseur d'entrée du compresseur.

L'invention porte en outre sur une turbomachine comprenant un compresseur tel que défini ci-dessus. La turbomachine est de préférence un turbopropulseur. Enfin, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une aube telle que définie ci-dessus. Le procédé comprend une étape de fabrication des cloisons transversales entrecroisées par fusion de poudre métallique au laser. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation, donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente une vue schématique en coupe longitudinale d'un turbopropulseur, selon un mode de réalisation préféré de l'invention ; la figure 2 est une représentation schématique, en vue de côté, d'une aube de redresseur d'entrée du compresseur de la turbomachine représentée à la figure 1; la figure 3 est une vue schématique partielle de la pale de l'aube représentée à la figure 2. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. La figure 1 représente un turbopropulseur 1 déterminant un axe 3 de turbine de puissance. La turbomachine 1 comporte, de l'amont vers l'aval en considérant un cheminement dans la direction de l'axe 3, une hélice 10, un réducteur 12, des bras radiaux de carter 4, par exemple au nombre de quatre, un compresseur 6, une chambre de combustion 7, une turbine haute pression 8 et une turbine de puissance 9. Le compresseur 6, la chambre de combustion 7, la turbine haute pression 8 et la turbine de puissance 9 sont entourés par un carter 5. Ils définissent en commun en relation avec le carter 5 une veine primaire 13 traversée par un flux primaire s'écoulant dans la direction de l'amont vers l'aval, représentée par la flèche 11. Cette direction 11 correspond également à la force de poussée de la turbomachine en fonctionnement. La poussée des gaz en sortie de chambre de combustion 7 entraîne le compresseur 6 et les turbines 8 et 9 en rotation autour de l'axe 3 de la turbine de puissance. La rotation de la turbine de puissance 9 autour de son axe 3 est transmise à l'hélice 10 par l'intermédiaire du réducteur 12, de sorte à faire tourner l'hélice 10. Le flux d'air brassé par l'hélice est considéré ici comme un flux secondaire qui détermine pour la très grande majorité de l'énergie propulsive de la turbomachine.

Les aubes 40 sont des aubes 40 de redresseur d'entrée de compresseur, situées en entrée du compresseur 6. Elles sont fixes et servent à rediriger le flux d'air alimentant la veine primaire 13 dans l'axe 3 de la turbomachine 1. En référence aux figures 2 et 3, l'aube 40 comprend une pale 50 s'étendant radialement selon une direction d'envergure 43. La pale 50 comprend un bord d'attaque 51 et un bord de fuite 53. Le bord d'attaque 51 est relié au bord de fuite 53 par une paroi intrados 56 et une paroi extrados 58 espacées l'une de l'autre. La pale 50 de redresseur d'entrée de compresseur a une hauteur h (figure 2), c'est-à-dire l'étendue de l'aube selon la direction d'envergure, par exemple entre 90 et 100 millimètres. La corde de l'aube, mesurée du bord d'attaque 51 au bord de fuite 53, est d'environ 45 millimètres. Ainsi, la corde correspond sensiblement à la moitié de la hauteur de l'aube. L'épaisseur de la paroi d'intrados 56 ou de la paroi d'extrados 58 à proximité du bord d'attaque 51 est notamment comprise entre 1 et 1,3 millimètres.

L'épaisseur maximale de la pale 50 entre le bord de fuite 51 et le bord d'attaque 53 est d'environ 6 millimètres, soit environ quinze fois moins importante que la hauteur de l'aube et environ sept à huit fois moins importante que la corde de l'aube. L'aube 40 présente de ce fait une épaisseur particulièrement fine, ce qui implique des contraintes importantes en termes de résistance mécanique de la pale 40 et de circulation d'air à l'intérieur de la pale 50, pour la réchauffer. L'aube 40 est une aube fixe comprenant une portion d'accrochage externe 42 et une portion d'accrochage interne 44 opposée à la portion d'accrochage externe 42. Les portions d'accrochage interne 44 et externe 42 sont situées de part et d'autre de la pale 50 le long de la direction d'envergure 43.

L'aube 40 est raccrochée à un carter externe (non représenté) par l'intermédiaire de la portion d'accrochage externe 42. La portion d'accrochage interne 44 est reliée mécaniquement à un carter interne (non représenté). De manière connue, l'aube 40 peut notamment pivoter autour de la portion d'accrochage externe 42 par rapport au carter externe, et autour de la portion d'accrochage interne 44 par rapport au carter interne.

La pale 50 comprend une partie amont 52 s'étendant depuis le bord d'attaque 51 et en direction de l'aval. De plus, la pale 50 comporte une partie aval 54 s'étendant en aval de la partie amont 52. La partie amont 52 comprend une cavité interne 55 dans laquelle débouche une entrée d'air 42A délimitée par la portion d'accrochage externe 42. L'entrée d'air 42A est délimitée par la portion d'accrochage externe 42. De l'air est destiné à circuler dans cette cavité 55 via l'entrée d'air 42A. L'air est notamment de l'air chaud acheminé depuis le compresseur 6 en aval de l'aube 40. La cavité interne 55 s'étend entre la paroi d'intrados 56 et la paroi d'extrados 58, et constitue de préférence la seule cavité à l'intérieur de la pale 50. La cavité 55 est prolongée vers l'aval de l'aube par un volume interne d'entrecroisement 70 comprenant une pluralité de cloisons transversales entrecroisées 72a, 74a entre lesquelles de l'air est destiné à circuler. Ces cloisons transversales entrecroisées 72a, 74a sont inclinées à la fois par rapport à la paroi d'intrados 56 et la paroi d'extrados 58, au bénéfice du renfort mécanique et du comportement vibratoire et acoustique de ces parois. Ces cloisons transversales entrecroisées 72a, 74a sont en correspondance de la partie aval 54 de la pale. Le volume interne d'entrecroisement 70 s'étend sur une étendue 75 le long de la direction d'envergure 43 égale au moins sur la majorité de l'étendue h de la cavité 55 selon la direction d'envergure 43, c'est-à-dire la hauteur h de l'aube. Chacune des cloisons entrecroisées 72a, 74a s'étend à l'intérieur de la pale 50 depuis la surface intérieure paroi d'intrados 56 jusqu'à la surface intérieure de la paroi d'extrados 58. Dans le mode de réalisation représenté, les cloisons transversales entrecroisées 72a, 74a s'étendent jusqu'au bord de fuite 53, c'est-à-dire que le bord de fuite 53 est formé en partie par les cloisons transversales entrecroisées 72a, 74a. De ce fait, de l'air circule à travers le bord de fuite. Lorsque les cloisons transversales entrecroisées 72a, 74a s'étendent en plus sur toute la hauteur h de la pale, c'est la partie aval 54 entière qui délimite le volume interne d'entrecroisement 70.

Ces cloisons entrecroisées 72a, 74a comprennent des cloisons latérales 72a espacées les unes des autres le long de la direction d'envergure 43, de sorte à former un premier jeu de cloisons inclinées 72 par rapport la direction d'envergure 43. Les premières cloisons 72a sont parallèles les unes aux autres.

Les cloisons transversales entrecroisées 72a, 74a comprennent un deuxième jeu de cloisons 74 formé de cloisons transversales 74a inclinées par rapport à la direction d'envergure 43 dans l'autre sens par rapport aux cloisons 72a du premier jeu de cloisons 72. Les deuxièmes cloisons 74a s'entrecoupent avec les premières cloisons 72a entre la paroi d'intrados 56 et la paroi d'extrados 58. Les deuxièmes cloisons 74a sont parallèles les unes aux autres et espacées les unes des autres le long de la direction d'envergure 43. Les cloisons transversales 72a, 74a sont entrecroisées de façon à former des croisillons. En particulier, l'angle formé par deux cloisons 72a, 74a sécantes est sensiblement égale à 900. Il est notamment compris entre 1200 et 30°. Il est de préférence compris entre 85° et 95°. Les cloisons transversales entrecroisées 72a, 74a forment un maillage régulier. Ce maillage régulier comprend une rangée centrale d'alvéoles 76 de section en forme de quadrilatère. Deux rangées latérales d'alvéoles 77, 78 de section triangulaire sont agencées de part et d'autres de laquelle de la rangée centrale. Les axes longitudinaux 73 des alvéoles 76 sont sensiblement perpendiculaires à la direction d'envergure 43. Les axes 73 sont également sensiblement parallèles à la direction longitudinale 57 de la pale 50. Cette direction longitudinale de pale correspond ici sensiblement à celle couramment appelée « ligne de squelette » dans le milieu de l'aéronautique, cette ligne de squelette étant entre le bord d'attaque et le bord de fuite, à équidistance entre le intrados et extrados. De manière plus générale, les alvéoles 76 s'étendent en rangées le long de la direction d'envergure 43. Les axes longitudinaux 73 des alvéoles 76 sont par ailleurs orientés suivant la ligne de squelette, de façon à ce que l'air traversant les cloisons 72a, 74a débouche dans la veine primaire 13 avec une direction sensiblement parallèle à celle de l'air qui a contourné l'aube 40. L'écoulement dans la veine primaire 13 est alors d'autant moins perturbé que l'air évacué par les cloisons transversales entrecroisées 72a, 74a au niveau du bord de fuite 53 et l'air, au niveau du bord de fuite 53, qui a contourné l'aube 40 ont la même direction d'écoulement.

L'extérieur de la pale 50 est au contact d'air particulièrement froid arrivant dans la veine primaire 13, en amont du compresseur. De ce fait, la pale 50 est réchauffée par de l'air chaud introduit par l'entrée d'air 42A selon la flèche 60, circulant dans la cavité interne 55 de la pale selon les flèches 62 et 64, puis entre les cloisons transversales entrecroisées 72a, 74a selon la direction longitudinale 73 des alvéoles, avant d'être évacué au niveau du bord de fuite 53 selon la direction de la flèche 66. Le procédé de fabrication de l'aube 40 comprend une étape de fabrication des cloisons transversales entrecroisées 72a, 74a par fusion de poudre métallique au laser. De manière générale, l'aube 40 est fabriquée par fabrication additive. L'aube 40 représentée aux figures 2 et 3 est une aube de redresseur d'entrée de compresseur très fine. A cet égard, la plus grande épaisseur 49 de la pale 50 est environ 4,5 à 6 fois supérieur à l'épaisseur 59 de la paroi d'intrados 56 ou de la paroi d'extrados 58. Par ailleurs l'épaisseur moyenne 61 de l'aube au niveau du bord de fuite 53 est environ égale à deux fois l'épaisseur moyenne 59 de la paroi d'intrados ou d'extrados le long de la direction longitudinale 57 de la pale.

Dans cette configuration préférée, les cloisons transversales entrecroisées 72a, 74a confèrent à la fois de meilleurs échanges thermiques à l'intérieur de la pale 50, une compatibilité avec les contraintes de résistance mécanique de la pale 50, et une compatibilité avec une faible épaisseur de la pale 50, notamment au niveau du bord de fuite 53.

Selon une variante de réalisation (non représentée), l'aube est une aube de roue de turbine ou bien une aube de distributeur de turbine. Les contraintes de faible épaisseur du bord de fuite 53 sont alors moins fortes. Lorsque l'aube est une aube de turbine, les cloisons transversales entrecroisées 72a, 74a servent à ce que l'air de refroidissement puisse circuler depuis la cavité 55 dans le volume interne d'entrecroisement 70 en direction du bord de fuite 53. 'o Lorsque l'aube 40 est une aube de roue de turbine, la pale 50 est portée par un pied et la cavité est alimentée en air depuis le pied. Le pied remplace la portion d'accrochage interne 42 représentée à la figure 2 et la portion d'accrochage externe 44 représentée à cette figure est remplacée par le sommet de l'aube.

Il est également envisageable qu'au moins une partie de l'air à l'intérieur de la pale 50 soit évacué en amont du bord de fuite 53, par exemple à travers de fentes de sortie de refroidissement entre des tronçons des parois d'entrecroisement. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite sans sortir du cadre de l'exposé de l'invention.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Aube (40) de turbomachine, comprenant : une pale (50) comprenant un bord d'attaque (51) et un bord de fuite (53), la pale (50) comprenant une paroi intrados (56) et une paroi extrados (58) espacées l'une de l'autre et reliant le bord d'attaque (51) au bord de fuite (53), au moins une cavité interne (55) entre la paroi d'intrados (56) et la paroi d'extrados (58), dans laquelle de l'air (60, 62, 64, 66) est destiné à circuler, notamment de l'air en provenance d'un compresseur (6) pour turbomachine, caractérisée en ce que la pale (50) comprend des cloisons transversales entrecroisées (72a, 74a), dans un volume interne d'entrecroisement (70) agencé entre la paroi d'intrados (56) et la paroi d'extrados en aval de la cavité (55), de sorte à ce que de l'air puisse circuler depuis la cavité (55) en direction du bord de fuite (53) entre les cloisons entrecroisées (72a, 74a).
2. 2. Aube (40) de turbomachine selon la revendication précédente, dans laquelle les cloisons transversales entrecroisées (72a, 74a) s'étendent jusqu'au bord de fuite (53) formé en partie par les cloisons transversales entrecroisées (72a, 74a), de sorte à ce que de l'air puisse circuler à travers le bord de fuite (53).
3. 3. Aube (40) de turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les cloisons transversales entrecroisées (72a, 74a) sont espacées les unes des autres le long de la direction d'envergure (43) de la pale.
4. 4. Aube (40) de turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les cloisons transversales entrecroisées (72a, 74a) s'étendent au moins sur la majorité de l'étendue de la cavité (55) selon la direction d'envergure (43).
5. 5. Aube (40) de turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle au moins une des cloisons transversales entrecroisées (72a, 74a) s'étend depuis la paroi d'intrados (56) jusqu'à la paroi d'extrados (58).
6. 6. Aube (40) de turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'aube comprend une portion d'accrochage, externe (42) ou interne (44), délimitant une entrée d'air (42A) débouchant dans la cavité (55), et dans laquelle les cloisons transversales entrecroisées (72a, 74a) déterminent des rangées d'alvéoles (76, 77, 78) dont les axes longitudinaux (73) sont à la fois sensiblement parallèles à une direction longitudinale de la pale et transversaux à l'entrée d'air (42A).
7. 7. Aube (40) de turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les cloisons transversales entrecroisées (72a, 74a) forment un maillage régulier, le maillage régulier comprenant de préférence une rangée centrale d'alvéoles (76) de section en forme de quadrilatère, de part et d'autre de laquelle sont agencées deux rangées latérales d'alvéoles (77, 78) de section triangulaire.
8. 8. Aube (40) de turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les cloisons transversales entrecroisées (72a, 74a) sont inclinées à la fois par rapport à la paroi d'intrados (56) et à la paroi d'extrados (58).
9. 9. Compresseur (6) de turbomachine comprenant au moins une aube (40) selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'aube (40) étant une aube de redresseur d'entrée du compresseur.
10. 10. Turbomachine (1) comprenant un compresseur (6) selon la revendication précédente.
11. 11. Procédé de fabrication d'une aube (40) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant une étape de fabrication des cloisons transversales entrecroisées (72a, 74a) par fusion de poudre métallique au laser.5