FR3137369A1 - Intégration d’une aube de stator à un pylône de fixation - Google Patents
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Abstract
Le présent document propose un ensemble propulsif pour aéronef comprenant une turbomachine d’axe longitudinal (X) comprenant une rangée annulaire d’aubes de rotor (102) et une rangée annulaire d'aubes de stator (103) non carénées et montées autour d’un carter (108) de ladite turbomachine, l’ensemble comprenant en outre un pylône de fixation de ladite turbomachine à l’aéronef, ledit pylône s'étendant en aval de ladite rangée annulaire d'aubes de stator, ledit pylône étant aligné avec une aube, dite aube de liaison (104-1), desdites aubes de stator, de façon à former un même élément aérodynamique, etdans lequel le pylône comprend une partie de jonction (106) avec l’aube de liaison, et dans lequel la différence entre le rayon externe (R1) de ladite partie de jonction (106) et le rayon (R2) du carter au niveau de l’aube de liaison (104-1) est comprise entre 75% et 100% de la différence entre le rayon externe (R3) des aubes de rotor (102) et le rayon (R2) du carter au niveau de l’aube de liaison (104). Figure à publier avec l’abrégé : [Fig. 3]
Description
Le présent document concerne le domaine des moteurs d'aéronefs de type turbomachine comportant une hélice et un redresseur non carénés. Elle concerne plus particulièrement la fixation d'un tel moteur à l'aéronef en vue de minimiser les perturbations sur le flux d'air traversant les aubes de stator.
Un exemple de moteur non caréné, également appelé « open rotor » en anglais, est représenté à la . Le moteur 1 à hélice non carénée est attaché à un pylône 2 de maintien sur la structure d'un aéronef, qui n'est pas représenté. Le caractère non caréné de l'ensemble hélice et redresseur offre un taux de dilution bien supérieur aux moteurs à double flux actuels. Le moteur 1 peut être positionné par exemple soit sous une aile soit contre le cône arrière du fuselage de l’aéronef. L'amont et l'aval s'entendent ici par rapport à la direction générale du flux d'air F suivant l'axe X du moteur. Ledit moteur 1 comprend un compartiment générateur de puissance 3 alimenté en flux primaire par une entrée d'air annulaire 4. Le compartiment générateur de puissance 3 entraîne une hélice 5 non carénée placée en amont de l'entrée d'air annulaire 4, comprenant une rangée annulaire d’aubes mobiles 8. Une rangée annulaire 6 d'aubes de stator 9 est fixée au carter 7 du compartiment générateur de puissance 3, en aval de l'entrée d'air annulaire 4. Cette rangée annulaire 6 d'aubes de stator 9 a pour fonction de redresser le flux d'air F entraîné par l'hélice 5, qui passe autour du carter 7 dudit compartiment générateur de puissance 3. Le pylône 2 est fixé au carter 7 du compartiment générateur de puissance 3, en aval de la rangée annulaire 6 d'aubes de stator 9. En particulier, le pylône 2 comporte une partie structurale 2a qui est décalée axialement de la rangée annulaire 6 d'aubes de stator, en aval de cette dernière.
La présence du pylône 2 peut perturbe l'action des aubes de stator sur au moins deux aspects. D'un point de vue aérodynamique, les modifications d'écoulement induites par le pylône remontent au niveau des aubes de stator, voire de l'hélice et peuvent dégrader leur efficacité. D'un point de vue acoustique, le pylône interagit de manière instationnaire avec le sillage de l'hélice et des aubes de stator, ce qui peut créer des sources de bruit.
Pour limiter ces perturbations, le pylône 2 comporte une partie aérodynamique 2b, dans sa partie amont contre le carter 7, qui forme une des aubes de la rangée annulaire 6 d'aubes de stator. Néanmoins, l’amélioration apportée par cet agencement reste insuffisante.
Le présent document vise à remédier à ces inconvénients.
Le présent document propose un ensemble propulsif pour aéronef comprenant une turbomachine d’axe longitudinal comprenant une rangée annulaire d’aubes de rotor et une rangée annulaire d'aubes de stator non carénées montée autour d’un carter de ladite turbomachine, l’ensemble comprenant en outre un pylône de fixation de ladite turbomachine à l’aéronef, ledit pylône s'étendant en aval de ladite rangée annulaire d'aubes de stator, ledit pylône étant aligné avec une aube, dite aube de liaison, desdites aubes de stator, de façon à former un même élément aérodynamique, et
dans lequel le pylône comprend une partie de jonction avec l’aube de liaison, et dans lequel la différence entre le rayon externe de ladite partie de jonction et le rayon du carter au niveau de l’aube de liaison est comprise entre 75% et 100% de la différence entre le rayon externe des aubes de rotor et le rayon du carter au niveau de l’aube de liaison.
Le dimensionnement de la partie de jonction permet de limiter les perturbations acoustiques et aérodynamique dûes à l’absence de carénage autour des aubes de stator et des aubes de rotor.
Le rayon externe de la partie de jonction peut correspondre à la distance radiale entre l’axe longitudinal et la surface radialement externe de la partie de jonction.
Le rayon externe des aubes de rotor peut être supérieur au rayon externe des aubes de stator.
Le rayon externe de l’aube de liaison peut correspondre à la distance radiale entre l’axe longitudinal et la surface radialement externe de l’aube de liaison.
Le rayon externe des aubes de rotor peut correspondre à la distance radiale entre l’axe longitudinal et la surface radialement externe des aubes de rotor. En particulier, les aubes de rotor peuvent présenter les mêmes dimensions, en particulier une même dimension radiale.
Le rayon du carter peut correspondre au rayon de la surface intérieure d’une veine aérodynamique délimitée radialement à l’intérieur par ledit carter, au niveau des aubes de stator. En particulier, ce rayon du carter peut être la distance radiale entre l’axe longitudinal et une surface radialement externe dudit carter au niveau des aubes de stator.
La rangée annulaire d’aubes de rotor peut être agencée en amont de la rangée annulaire d’aubes de stator.
En particulier, la différence entre le rayon externe de ladite partie de jonction et le rayon du carter au niveau de l’aube de liaison peut être comprise entre 85% et 100%, plus particulièrement entre 90% et 100%, et encore plus particulièrement 95% et 100%, de la différence entre le rayon externe des aubes de rotor et le rayon du carter au niveau de l’aube de liaison.
La rangée annulaire d’aubes de stator peut être configurée pour redresser au moins une partie d'un flux de gaz.
La partie de jonction peut être un tronçon longitudinal du pylône arrangé immédiatement en aval de l’aube de liaison.
L’aube de liaison peut être structurellement intégrée, en totalité ou en partie, au pylône. Alternativement, l’aube de liaison peut être structurellement séparée, en totalité, dudit pylône.
Chaque aube de stator, en particulier l’aube de liaison, peut être au moins partiellement agencée rotative autour d’un axe radial. Cet axe radial peut être perpendiculaire à l’axe longitudinal. Par exemple, chaque aube de stator peut présenter une variation d’angle de calage supérieure à 3°.
L’aube de liaison peut comprendre une partie fixe fixée d’une part au carter de la turbomachine et d’autre part à la partie de jonction du pylône. L’aube de liaison peut comprendre aussi une partie mobile agencée radialement à l’extérieur de ladite partie fixe et rotative autour de l’axe radial. La partie mobile peut comprendre en outre une pale et un arbre traversant ladite partie fixe.
L’aube de liaison peut comprendre une pale reliée à un arbre agencé du côté du carter. Ledit arbre peut présenter une surface aval longitudinalement espacée du pylône de fixation. Ladite surface aval peut présenter une forme complémentaire à une surface amont de la partie de jonction du pylône de fixation.
L’aube de liaison peut comprendre un bord d’attaque, une face aval et deux faces aérodynamiques s’étendant de part et d’autre dudit bord d’attaque et de ladite face aval. La partie de jonction peut comprendre une face amont en regard de la face aval de l’aube de liaison et deux faces aérodynamiques s’étendant de part et d’autre de ladite face amont.
Ledit ensemble peut comprendre au moins une membrane flexible fixée d’une part à une des faces aérodynamiques de la partie de jonction et d’autre part à une des faces aérodynamiques de l’aube de liaison de sorte à recouvrir latéralement l’espace longitudinal entre la partie de jonction et l’aube de liaison. Ladite membrane permet une continuité aérodynamique entre l’aube de liaison et le pylône.
Le pylône peut comprendre une partie agencée en aval de la partie de jonction présentant une dimension radiale supérieure à la dimension radiale des aubes de stator.
L’ensemble peut comprendre un mécanisme de contrôle du calage des aubes de stator agencé à l’intérieur du carter.
La turbomachine peut comprendre une entrée annulaire d’air vers une chambre de combustion de ladite turbomachine, ladite entrée annulaire d’air étant agencée axialement entre la rangée annulaire d’aubes de rotor et la rangée annulaire d'aubes de stator. En particulier, ladite entrée annulaire peut être formée entre le carter et un capot portant la rangée annulaire d’aubes de rotor.
Le nombre d’aubes de rotor peut être différent du nombre d’aubes de stator. Cet agencement permet de réduire le bruit de la turbomachine. En effet, lorsque le nombre des aubes de rotor est égal à celui des aubes de stator, l’ensemble de sillage des aubes de rotor interagit avec les aubes de stator simultanément, ce qui augmente les niveaux sonores.
La rangée annulaire d’aubes de rotor et/ou la rangée annulaire d'aubes de stator comprend entre 3 et 25 aubes de rotor, respectivement de stator.
Selon un mode de réalisation, un paramètre de solidité peut être défini comme le rapport entre d’une part la corde des aubes de stator, c’est-à-dire la dimension axiale des aubes de stator au niveau de leur surface radialement externe, et d’autre part l’espacement entre deux aubes de stator consécutives dans la direction azimutale. Le paramètre de solidité peut être inférieur à 3 sur l’ensemble de l’envergure, en particulier inférieur à 1 du côté amont des aubes de stator.
La partie de jonction peut être fixée au second carter par tout moyen de fixation approprié, par exemple par soudage, vissage, etc.
Le présent document concerne encore un aéronef comprenant un ensemble tel que précité.
La représente une partie d’une turbomachine d’axe longitudinal X à hélices non carénées, également appelée « open rotor » en anglais. La turbomachine comprend, de l’amont vers l’aval, une rangée annulaire d’aubes de rotor 102, montée autour d’un premier carter 112, et une rangée annulaire d’aubes de stator 103, montée autour d’un second carter 108. Le premier carter 112 forme un cône d’entrée à l’amont de la turbomachine.
Une ouverture annulaire 110 sépare le premier carter 112 et le second carter 108. L’ouverture annulaire 110 est aménagée axialement entre la rangée annulaire d’aubes de rotor 102 et la rangée annulaire d’aubes de stator 103 et permet le passage d’un flux d’air F vers une chambre de combustion de la turbomachine, non représentée.
Le montage de la turbomachine à un aéronef, par exemple à une aile ou le cône arrière du fuselage dudit aéronef, est assuré par un mât d’assemblage, ou pylône, qui d’une part est relié à l’aéronef et d’autre part à une partie de jonction 106 attachée au second carter 108.
La partie de jonction 106 est jointe à une des aubes de stator, dite aube de liaison 104, de sorte à former un même élément aérodynamique. Cet agencement permet de limiter les nuisances sonores générées par la turbomachine.
Pour limiter encore plus les perturbations dues à l’absence de carénage, la partie de jonction 106 est dimensionnée de sorte que la différence entre le rayon externe R1 de la partie de jonction 106 et le rayon R2 du second carter 108 au niveau de l’aube de liaison 104 est comprise entre 75% et 100% de la différence entre le rayon externe R3 des aubes de rotor 102 et le rayon R1 du second carter 108 au niveau de l’aube de liaison 104, c’est-à-dire au niveau de l’ancrage de l’aube de liaison 104.
Dans le mode de réalisation de la , le calage des aubes de stator et/ou des aubes de rotor n’est pas variable.
Selon le mode de réalisation représenté aux figures 3 et 4, l’aube de liaison 104-1 est agencée rotative autour d’un axe radial Y, de sorte que le calage de l’aube de liaison 104-1 est variable. A cet effet, l’aube de liaison 104-1 comprend une partie mobile 114 portant un arbre 118 lequel s’étend radialement vers l’intérieur du second carter 108. L’aube de liaison 104-1 comprend aussi une partie fixe 116 traversée par ledit arbre 118.
La partie mobile 114 présente un profil aérodynamique, représenté par une coupe à la figure 4a, au niveau de l’axe H2. La partie mobile 114 présente un bord d’attaque 126-1, une face aval 126-2 et deux faces aérodynamiques 124-1 et 124-2 s’étendant de part et d’autre du bord d’attaque 126-1 et de la face aval 126-2. La face aval 126-2 peut être configurée pour former un bord de fuite.
De façon similaire, la partie fixe 116 présente un profil aérodynamique représenté par une coupe à la figure 4b, au niveau de l’axe H1. La partie fixe 116 présente un bord d’attaque 128 et deux faces aérodynamiques 130-1 et 130-2 s’étendant de part et d’autre du bord d’attaque 128-1.
La partie de jonction 106 est reliée à l’aval à une partie aval 122 du mât d’assemblage et présente deux faces aérodynamiques 106-1 et 106-2.
De préférence, les faces aérodynamiques 130-1 et 130-2 de la partie fixe 116 et les faces aérodynamiques 106-1 et 106-2 de la partie de jonction 106 sont configurées pour assurer une continuité aérodynamique entre la partie fixe 116 et la partie de jonction 106.
L’arbre 118 est monté dans un mécanisme de contrôle 120 du calage des aubes de stator. Le mécanisme de contrôle 120 est configuré pour piloter l’incidence des aubes de stator en particulier de l’aube de liaison 104-1. Le calage de toutes les aubes de stator et/ou de toutes les aubes de rotor peut être variable.
La partie aval 122 du mât d’assemblage présente une épaisseur radiale supérieure à celle de la partie de jonction 106.
La partie fixe 116 peut être fixée au second carter 108 par tout moyen de fixation approprié, par exemple par soudage, vissage, etc.
Selon le mode de réalisation représenté aux figures 5 et 6, l’aube de liaison 104-2 est aussi agencée rotative autour de l’axe radial Y, de sorte que le calage de l’aube de liaison 104-2 est variable. A cet effet, l’aube de liaison 104-2 comprend une partie mobile 214 portant un arbre 218 lequel s’étend radialement vers l’intérieur du second carter 108.
La partie mobile 114 présente un profil aérodynamique, représenté par une coupe à la figure 6a, au niveau de l’axe H2. La partie mobile 214 présente un bord d’attaque 226-1, une face aval 226-2 et deux faces aérodynamiques 224-1 et 224-2 s’étendant de part et d’autre du bord d’attaque 226-1 et de la face aval 226-2. La face aval 226-2 peut être configurée pour former un bord de fuite.
De façon similaire, l’arbre 218 présente aussi un profil aérodynamique représenté par une coupe à la figure 6b, au niveau de l’axe H1. L’arbre 216 présente un bord d’attaque 228-1, une face aval 228-2 et deux faces aérodynamiques 230-1 et 230-2 s’étendant de part et d’autre du bord d’attaque 228-1.
La partie de jonction 106 est reliée à l’aval à une partie aval 122 du mât d’assemblage et présente deux faces aérodynamiques 106-1 et 106-2. La partie de jonction 106 présente aussi une face amont 106-3 agencée à distance de la face aval 228-2, de sorte à maintenir un espace 202 entre ces deux surfaces 106-3 et 228-2. En particulier, la face amont 106-3 de la partie de jonction 106 présente une forme complémentaire à la surface aval 228-2 de l’arbre 216, de sorte à permettre la rotation de l’arbre 216 lors de la variation du calage de l’aube de liaison 104-2.
De préférence, les faces aérodynamiques 230-1 et 230-2 de la partie fixe 116 et les faces aérodynamiques 106-1 et 106-2 de la partie de jonction 106 sont configurées pour assurer une continuité aérodynamique entre l’arbre 218 et la partie de jonction 106.
Un mécanisme de contrôle 120 du calage des aubes de stator est relié à l’arbre 216 et est configuré pour piloter l’incidence des aubes de stator en particulier de l’aube de liaison 104-2.
Pour limiter la perturbation aérodynamique créée par l’espace 202, des membranes flexibles 204-1 et 204-2 sont prévues pour couvrir ledit espace 202 dans le troisième exemple de réalisation de la . Chaque membrane flexible 204-1 et 204-2 est agencée pour relier la surface aérodynamique 230-1 et 230-2 de l’arbre 216 à la surface aérodynamique 106-1 et 106-2 de la partie de jonction 106, respectivement.
Les membranes flexibles 204-1 et 204-2 s’étendent radialement depuis le second carter 108 jusqu’à la hauteur de l’arbre 218 au niveau du commencement de la partie mobile 214.
Le nombre d’aubes de rotor 102 est différent du nombre d’aubes de stator 103. En particulier, la rangée annulaire d’aubes de rotor 102 et/ou la rangée annulaire d'aubes de stator 103 comprend entre 3 et 25 aubes de rotor, respectivement de stator.
En outre, le rayon externe des aubes de rotor 102 est supérieur au rayon des aubes de stator 103.
La partie de jonction 106 peut être fixée au second carter 108 par tout moyen de fixation approprié, par exemple par soudage, vissage, etc.
Claims (10)
- Ensemble propulsif pour aéronef comprenant une turbomachine d’axe longitudinal (X) comprenant une rangée annulaire d’aubes de rotor (102) et une rangée annulaire d'aubes de stator (103) non carénées et montées autour d’un carter (108) de ladite turbomachine, l’ensemble comprenant en outre un pylône (122) de fixation de ladite turbomachine à l’aéronef, ledit pylône s'étendant en aval de ladite rangée annulaire d'aubes de stator, ledit pylône étant aligné avec une aube, dite aube de liaison (104,104-1,104-2), desdites aubes de stator, de façon à former un même élément aérodynamique, et
dans lequel le pylône comprend une partie de jonction (106) avec l’aube de liaison, et dans lequel la différence entre le rayon externe (R1) de ladite partie de jonction (106) et le rayon (R2) du carter au niveau de l’aube de liaison (104,104-1,104-2) est comprise entre 75% et 100% de la différence entre le rayon externe (R3) des aubes de rotor (102) et le rayon (R2) du carter au niveau de l’aube de liaison (104). - Ensemble selon la revendication 1, dans lequel chaque aube de stator est au moins partiellement agencée rotative autour d’un axe radial (Y).
- Ensemble selon la revendication 2, dans lequel l’aube de liaison (104-1) comprend une partie fixe (116) fixée d’une part au carter (108) de la turbomachine et d’autre part à la partie de jonction (106) du pylône, l’aube de liaison comprenant aussi une partie mobile (114) agencée radialement à l’extérieur de ladite partie fixe et rotative autour de l’axe radial (Y), la partie mobile comprenant en outre une pale et un arbre (118) traversant ladite partie fixe (116).
- Ensemble selon la revendication 2, dans lequel l’aube de liaison (104-2) comprend une pale reliée à un arbre (216) agencé du côté du carter (108), ledit arbre présentant une surface aval (228-2) longitudinalement espacée du pylône de fixation, et dans lequel ladite surface aval (228-2) présente une forme complémentaire à une surface amont (106-3) de la partie de jonction (106) du pylône de fixation.
- Ensemble selon la revendication précédente, dans lequel l’aube de liaison (104-2) comprend un bord d’attaque (226-1), une face aval (226-2) et deux faces aérodynamiques (230-1,230-2) s’étendant de part et d’autre dudit bord d’attaque et de ladite face aval, la partie de jonction (106) comprend une face amont (106-3) en regard de la face aval (228-2) de l’aube de liaison et deux faces aérodynamiques (106-1,106-2) s’étendant de part et d’autre de ladite face amont (106-3), ledit ensemble comprenant au moins une membrane flexible (204-1,204-2) fixée d’une part à une des faces aérodynamiques (106-1,106-2) de la partie de jonction (106) et d’autre part à une des faces aérodynamiques (230-1,230-2) de l’aube de liaison de sorte à recouvrir latéralement l’espace longitudinal (202) entre la partie de jonction et l’aube de liaison.
- Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le pylône comprend une partie (122) agencée en aval de la partie de jonction (106) présentant une dimension radiale supérieure à la dimension radiale des aubes de stator.
- Ensemble selon l’une des revendications précédentes, comprenant un mécanisme de contrôle (120) du calage des aubes de stator agencé à l’intérieur du carter (108).
- Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la turbomachine comprend une entrée annulaire (110) d’air vers une chambre de combustion de ladite turbomachine, ladite entrée annulaire d’air étant agencée axialement entre la rangée annulaire d’aubes de rotor (102) et la rangée annulaire d'aubes de stator (103).
- Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le nombre d’aubes de rotor (102) est différent du nombre d’aubes de stator (103).
- Aéronef comprenant un ensemble selon l’une des revendications précédentes.
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