BE1024699A1 - LOW MEMORY PRESSURE COMPRESSOR FOR AXIAL TURBOMACHINE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un compresseur basse pression (4) de turboréacteur double flux. Le compresseur (4) comprenant: un axe de rotation (14); une veine annulaire autour de l'axe de rotation (14) qui est apte à guider un flux annulaire (18) traversant le compresseur et qui comporte une paroi de guidage du flux annulaire (18) selon une première direction. La paroi de guidage est réalisée en un matériau à mémoire de forme de sorte à ce que ladite paroi de guidage est apte à changer de forme afin de dévier le flux annulaire selon une deuxième direction inclinée par rapport à la première direction. La paroi est une aube rotorique (24) ou statorique (26), ou encore une virole interne (30) ou un carter externe (28), son matériau est métallique ou composite à matrice organique.The invention relates to a low-pressure compressor (4) for a turbojet engine. The compressor (4) comprising: an axis of rotation (14); an annular vein about the axis of rotation (14) which is adapted to guide an annular flow (18) passing through the compressor and which has a wall for guiding the annular flow (18) in a first direction. The guide wall is made of a shape memory material so that said guide wall is adapted to change shape to deflect the annular flow in a second direction inclined relative to the first direction. The wall is a rotor blade (24) or stator (26), or an inner shell (30) or an outer casing (28), its material is metal or composite organic matrix.
Description
(30) Données de priorité :(30) Priority data:
(71) Demandeur(s) :(71) Applicant (s):
SAFRAN AERO BOOSTERS S.A.SAFRAN AERO BOOSTERS S.A.
4041, HERSTAL (MILMORT)4041, HERSTAL (MILMORT)
Belgique (72) Inventeur(s) :Belgium (72) Inventor (s):
VALLINO Frédéric 4100 SERAING Belgique (54) COMPRESSEUR BASSE PRESSION A MEMOIRE DE FORME POUR TURBOMACHINE AXIALE (57) L'invention concerne un compresseur basse pression (4) de turboréacteur double flux. Le compresseur (4) comprenant: un axe de rotation (14); une veine annulaire autour de l'axe de rotation (14) qui est apte à guider un flux annulaire (18) traversant le compresseur et qui comporte une paroi de guidage du flux annulaire (18) selon une première direction. La paroi de guidage est réalisée en un matériau à mémoire de forme de sorte à ce que ladite paroi de guidage est apte à changer de forme afin de dévier le flux annulaire selon une deuxième direction inclinée par rapport à la première direction. La paroi est une aube rotorique (24) ou statorique (26), ou encore une virole interne (30) ou un carter externe (28), son matériau est métallique ou composite à matrice organique.VALLINO Frédéric 4100 SERAING Belgium (54) LOW PRESSURE COMPRESSOR WITH SHAPE MEMORY FOR AXIAL TURBOMACHINE (57) The invention relates to a low pressure compressor (4) of turbofan engine. The compressor (4) comprising: an axis of rotation (14); an annular vein around the axis of rotation (14) which is capable of guiding an annular flow (18) passing through the compressor and which comprises a wall for guiding the annular flow (18) in a first direction. The guide wall is made of a shape memory material so that said guide wall is able to change shape in order to deflect the annular flow in a second direction inclined relative to the first direction. The wall is a rotor (24) or stator (26) blade, or an internal ferrule (30) or an external casing (28), its material is metallic or composite with organic matrix.
FIG. 3FIG. 3
BE2016/5807BE2016 / 5807
DescriptionDescription
COMPRESSEUR BASSE PRESSION A MEMOIRE DE FORME POURLOW PRESSURE MEMORY COMPRESSOR FOR
TURBOMACHINE AXIALEAXIAL TURBOMACHINE
Domaine techniqueTechnical area
L’invention concerne la stabilité d’un compresseur. Plus précisément, l’invention se rapporte au domaine des compresseurs de turbomachine. L’invention a également trait à une turbomachine axiale, notamment un turboréacteur d’avion ou un turbopropulseur d’aéronef.The invention relates to the stability of a compressor. More specifically, the invention relates to the field of turbomachine compressors. The invention also relates to an axial turbomachine, in particular an aircraft turbojet or an aircraft turboprop.
Technique antérieurePrior art
Le fonctionnement d’un compresseur de turboréacteur l’expose au phénomène de pompage qui limite ses performances maximales. Afin d’en éviter les conséquences destructrices, une marge de sécurité est définie pour garantir l’intégrité du compresseur au détriment de son potentiel maximal. En complément, il est connu de l’homme du métier des dispositifs de fuite permettant de réduire la marge de sécurité nécessaire, et par là d’optimiser la sécurité de fonctionnement et les performances maximales exploitables.The operation of a turbojet compressor exposes it to the pumping phenomenon which limits its maximum performance. In order to avoid the destructive consequences, a safety margin is defined to guarantee the integrity of the compressor at the expense of its maximum potential. In addition, it is known to a person skilled in the art of leakage devices making it possible to reduce the necessary safety margin, and thereby to optimize operating safety and the maximum exploitable performance.
Le document EP 2 305 960 A1 divulgue un compresseur basse pression de turbosoufflante double flux. Le compresseur comprend un rotor entouré par la paroi externe du carter externe. Cette paroi présente un orifice fermé par un insert de fuite s’ouvrant lorsque la pression à l’intérieur du compresseur dépasse une valeur seuil. Cet insert comporte une membrane à mémoire de forme. Toutefois, le gain offert par cette solution reste limitée.Document EP 2 305 960 A1 discloses a low pressure turbofan double-flow compressor. The compressor includes a rotor surrounded by the outer wall of the outer casing. This wall has an orifice closed by a leakage insert that opens when the pressure inside the compressor exceeds a threshold value. This insert has a shape memory membrane. However, the gain offered by this solution remains limited.
Résumé de l'inventionSummary of the invention
Problème techniqueTechnical problem
L’invention a pour objectif de résoudre au moins un des problèmes posés par l’art antérieur. Plus précisément, l’invention a pour objectif d’optimiser le rendement et la sécurité de fonctionnement d’un compresseur basse pression. L’invention a également pour objectif de proposer une solution simple,The object of the invention is to solve at least one of the problems posed by the prior art. More specifically, the invention aims to optimize the performance and operating safety of a low pressure compressor. The invention also aims to provide a simple solution,
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BE2016/5807 résistante, légère, économique, fiable, facile à produire, commode d’entretien, d’inspection aisée, et améliorant le rendement.BE2016 / 5807 resistant, light, economical, reliable, easy to produce, convenient to maintain, easy to inspect, and improving performance.
Solution techniqueTechnical solution
L’invention a pour objet un compresseur basse pression de turboréacteur, le 5 compresseur comprenant : un axe de rotation ; une veine annulaire qui est apte à guider un flux annulaire traversant le compresseur et qui comporte une paroi de guidage du flux annulaire selon une première direction ; remarquable en ce que la paroi de guidage est réalisée en un matériau à mémoire de forme, de sorte à ce que ladite paroi de guidage est apte à changer de forme afin de îo dévier le flux annulaire selon une deuxième direction inclinée par rapport à la première direction.The subject of the invention is a low pressure turbojet compressor, the 5 compressor comprising: an axis of rotation; an annular vein which is capable of guiding an annular flow passing through the compressor and which comprises a wall for guiding the annular flow in a first direction; remarkable in that the guide wall is made of a shape memory material, so that said guide wall is capable of changing shape in order to divert the annular flow in a second direction inclined with respect to the first direction.
Selon des modes particuliers de réalisation, le compresseur peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniques possibles :According to particular embodiments, the compressor can include one or more of the following characteristics, taken individually or according to all possible technical combinations:
- La paroi est une aube statorique ou une aube rotorique du compresseur basse pression qui comprend une partie amont et une partie aval.- The wall is a stator vane or a rotor vane of the low pressure compressor which includes an upstream part and a downstream part.
La paroi est incurvée, le changement de forme de la paroi modifiant l’incurvation de paroi.The wall is curved, the change in shape of the wall modifying the wall curvature.
Le changement de forme du matériau à mémoire de forme modifie 20 l’inclinaison de la partie amont par rapport à la partie aval.The change in shape of the shape memory material modifies the inclination of the upstream part relative to the downstream part.
Le changement de forme du matériau à mémoire de forme modifie l’inclinaison de la partie amont et/ou de la partie aval par rapport à l’axe de rotation.The change in shape of the shape memory material modifies the inclination of the upstream part and / or the downstream part with respect to the axis of rotation.
Le changement de forme du matériau à mémoire de forme modifie 25 l’orientation dans l’espace de l’aube statorique ou de l’aube rotorique.The change in shape of the shape memory material changes the spatial orientation of the stator vane or the rotor vane.
Le compresseur comprend un support circulaire auquel l’aube statorique ou de l’aube rotorique est encastrée.The compressor includes a circular support in which the stator or rotor vane is embedded.
Selon son épaisseur, l’aube statorique ou l’aube rotorique comprend une moitié intrados avec un premier matériau et une moitié extrados avec un deuxième matériau, le premier ou le deuxième matériau étant à mémoire de forme.Depending on its thickness, the stator vane or the rotor vane comprises a lower half with a first material and a lower half with a second material, the first or second material being shape memory.
La paroi est une virole interne ou un carter externe.The wall is an internal ferrule or an external casing.
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Le changement de forme de la virole interne ou du carter externe entraîne un changement de diamètre de la virole interne ou du carter externe respectivement.The change in shape of the inner shroud or the outer casing results in a change in diameter of the inner shroud or the outer casing respectively.
La première direction et la deuxième direction sont inclinées l’une par rapport à l’autre d’au moins : 3°, ou 5°, ou 8°, ou 12° au niveau axialement de la paroi.The first direction and the second direction are inclined with respect to each other at least: 3 °, or 5 °, or 8 °, or 12 ° at the axial level of the wall.
La première direction et la deuxième direction sont chacune inclinée par rapport à l’axe de rotation d’un angle supérieur ou égal à : 5°, ou 10°, ou 15°, ou 20°, ou 25°, ou 30° au niveau axialement de la paroi.The first direction and the second direction are each inclined relative to the axis of rotation by an angle greater than or equal to: 5 °, or 10 °, or 15 °, or 20 °, or 25 °, or 30 ° at axially level of the wall.
Le changement de forme de la paroi s’effectue en réponse à un changement de température de la paroi.The wall changes in shape in response to a wall temperature change.
Le changement de forme de la paroi s’effectue en réponse à l’application d’une différence de potentiels électriques à la paroi.The shape of the wall is changed in response to the application of a difference of electrical potentials to the wall.
Le changement de forme déforme radialement et/ou axialement la paroi.The change in shape deforms the wall radially and / or axially.
La paroi comprend un matériau métallique, notamment avec un changement de phase martensitique-austénitique lors de son changement de forme.The wall comprises a metallic material, in particular with a change in martensitic-austenitic phase during its change in shape.
La paroi comprend un matériau composite avec une matrice et un renfort fibreux ; le renfort fibreux étant à mémoire de forme, et/ou la matrice comprend des particules d’un matériau à mémoire de forme.The wall comprises a composite material with a matrix and a fibrous reinforcement; the fibrous reinforcement being with shape memory, and / or the matrix comprises particles of a shape memory material.
La paroi comprend une portion monobloc et/ou venue de matière, ladite portion étant apte à changer de forme afin de dévier le flux annulaire selon la deuxième direction.The wall comprises a monobloc and / or material portion, said portion being able to change shape in order to deflect the annular flow in the second direction.
L’aube statorique ou l’aube rotorique est pleine et/ou monobloc, et/ou venue de matière.The stator vane or the rotor vane is full and / or monobloc, and / or made of material.
Les aubes statoriques sont reliées à la virole interne et/ou au carter externe.The stator vanes are connected to the internal ferrule and / or to the external casing.
La paroi, et/ou le composite, et/ou la matrice comprend un polymère à mémoire deforme.The wall, and / or the composite, and / or the matrix comprises a deformation memory polymer.
L’invention a également pour objet une turbomachine comprenant un compresseur basse pression, remarquable en ce que le compresseur basse pression est conforme à l’invention, préférentiellement le compresseur basse pression comprend une première courbe supérieure de stabilité en fonction deThe invention also relates to a turbomachine comprising a low pressure compressor, remarkable in that the low pressure compressor conforms to the invention, preferably the low pressure compressor comprises a first upper curve of stability as a function of
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BE2016/5807 4 la pression et du débit qu’il fournit lorsque la paroi guide le flux annulaire selon une première direction ; et une deuxième courbe supérieure de stabilité en fonction de la pression et du débit qu’il fournit lorsque la paroi dévie le flux annulaire selon la deuxième direction.BE2016 / 5807 4 the pressure and the flow which it provides when the wall guides the annular flow in a first direction; and a second upper stability curve as a function of the pressure and the flow rate that it provides when the wall deflects the annular flow in the second direction.
Selon un mode avantageux de l’invention, la turbomachine comprend en outre une compresseur haute pression disposé en aval du compresseur basse pression, et/ou une soufflante disposée en amont du compresseur basse pression.According to an advantageous embodiment of the invention, the turbomachine further comprises a high pressure compressor arranged downstream of the low pressure compressor, and / or a blower arranged upstream of the low pressure compressor.
De manière générale, les modes avantageux de chaque objet de l’invention îo sont également applicables aux autres objets de l’invention. Dans la mesure du possible, chaque objet de l’invention est combinable aux autres objets. Les objets de l’invention sont également combinables aux modes de réalisation de la description, qui en plus sont combinables entre eux.In general, the advantageous modes of each object of the invention are also applicable to the other objects of the invention. As far as possible, each object of the invention can be combined with the other objects. The objects of the invention can also be combined with the embodiments of the description, which in addition can be combined with one another.
Avantages apportésBenefits
L’invention permet de modifier la géométrie de la veine fluide, et donc d’en modifier l’écoulement qui dicte le mode de fonctionnement du compresseur.The invention makes it possible to modify the geometry of the fluid stream, and therefore to modify the flow which dictates the operating mode of the compressor.
Ainsi, le débit maximum du compresseur est augmenté, et le point de décrochage est repoussé. Les possibilités offertes par le compresseur s’améliorent, tout en préservant une sécurité de fonctionnement suffisante.Thus, the maximum flow rate of the compressor is increased, and the stall point is pushed back. The possibilities offered by the compressor are improving, while maintaining sufficient operational safety.
La cartographie des courbes de fonctionnement peut être ajustée de sorte à offrir une plage de fonctionnement plus étendue. Dans le cas d’un graphique représentant la pression en fonction du débit, les courbes de stabilité peuvent s’écarter l’une de l’autre. Elles peuvent translater selon un ou chaque axe du graphique.The mapping of the operating curves can be adjusted to provide a wider operating range. In the case of a graph representing pressure as a function of flow, the stability curves can deviate from one another. They can translate along one or each axis of the graph.
Brève description des dessinsBrief description of the drawings
La figure 1 représente une turbomachine axiale selon l’invention.FIG. 1 represents an axial turbomachine according to the invention.
La figure 2 est un schéma d’un compresseur de turbomachine selon l’invention.FIG. 2 is a diagram of a turbomachine compressor according to the invention.
La figure 3 illustre une portion du compresseur selon l’invention.FIG. 3 illustrates a portion of the compressor according to the invention.
La figure 4 montre une aube à mémoire de forme selon un premier mode de réalisation de l’invention.Figure 4 shows a shape memory vane according to a first embodiment of the invention.
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La figure 5 montre une aube à mémoire de forme selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.FIG. 5 shows a shape memory vane according to a second embodiment of the invention.
Description des modes de réalisationDescription of the embodiments
Dans la description qui va suivre, les termes interne et externe renvoient à un positionnement par rapport à l’axe de rotation d’une turbomachine axiale. La direction axiale correspond à la direction le long de l’axe de rotation de la turbomachine. La direction radiale est perpendiculaire à l’axe de rotation.In the following description, the terms internal and external refer to a positioning relative to the axis of rotation of an axial turbomachine. The axial direction corresponds to the direction along the axis of rotation of the turbomachine. The radial direction is perpendicular to the axis of rotation.
L’amont et l’aval sont en référence au sens d’écoulement principal du flux entrant et traversant la turbomachine.Upstream and downstream are in reference to the main flow direction of the flow entering and passing through the turbomachine.
îo La figure 1 représente de manière simplifiée une turbomachine axiale. Il s’agit dans ce cas précis d’un turboréacteur double-flux. Le turboréacteur 2 comprend un premier niveau de compression, dit compresseur basse-pression 4, un deuxième niveau de compression, dit compresseur haute-pression 6, une chambre de combustion 8 et un ou plusieurs niveaux de turbines 10. En fonctionnement, la puissance mécanique de la turbine 10 transmise via l’arbre central jusqu’au rotor 12 met en mouvement les deux compresseurs 4 et 6. Ces derniers comportent plusieurs rangées d’aubes de rotor associées à des rangées d’aubes de stators. La rotation du rotor autour de son axe de rotation 14 permet ainsi de générer un débit d’air et de comprimer progressivement ce dernier jusqu’à l’entrée de la chambre de combustion 8.îo Figure 1 shows a simplified axial turbomachine. In this specific case, it is a double-flow turbojet engine. The turbojet engine 2 comprises a first level of compression, called a low-pressure compressor 4, a second level of compression, called a high-pressure compressor 6, a combustion chamber 8 and one or more levels of turbines 10. In operation, the mechanical power from the turbine 10 transmitted via the central shaft to the rotor 12 sets in motion the two compressors 4 and 6. The latter comprise several rows of rotor blades associated with rows of stator blades. The rotation of the rotor around its axis of rotation 14 thus makes it possible to generate an air flow and to compress it progressively until the inlet of the combustion chamber 8.
Un ventilateur d’entrée communément désigné fan ou soufflante 16 est couplé au rotor 12 et génère un flux d’air qui se divise en un flux primaire 18 traversant les différents niveaux sus mentionnés de la turbomachine, et en un flux secondaire 20 traversant un conduit annulaire (partiellement représenté) le long de la machine pour ensuite rejoindre le flux primaire en sortie de turbine. Des moyens de démultiplication 15, tel un réducteur épicycloïdal, peut réduire la vitesse de rotation de la soufflante et/ou du compresseur basse pression par rapport à la turbine associée. Les moyens de démultiplication peuvent comprendre un matériau à mémoire de forme, par exemple afin d’influer sur le rendement de la turbomachine et sur sa sécurité. Le flux secondaire peut être accéléré de sorte à générer une réaction de poussée utile au vol d’un aéronef.An inlet fan commonly designated as a fan or blower 16 is coupled to the rotor 12 and generates an air flow which is divided into a primary flow 18 passing through the various above-mentioned levels of the turbomachine, and into a secondary flow 20 passing through a duct annular (partially shown) along the machine to then join the primary flow at the turbine outlet. Reduction means 15, such as a planetary reduction gear, can reduce the speed of rotation of the blower and / or of the low pressure compressor relative to the associated turbine. The reduction means may include a shape memory material, for example in order to influence the performance of the turbomachine and its safety. The secondary flow can be accelerated so as to generate a thrust reaction useful for the flight of an aircraft.
Les flux primaire 18 et secondaire 20 sont des flux annulaires coaxiaux etThe primary 18 and secondary 20 flows are coaxial annular flows and
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BE2016/5807 emmanchés l’un dans l’autre. Ils sont canalisés par le carter de la turbomachine et/ou des viroles. A cet effet, le carter présente des cloisons cylindriques qui peuvent être internes et externes.BE2016 / 5807 fitted one inside the other. They are channeled through the casing of the turbomachine and / or of the ferrules. For this purpose, the casing has cylindrical partitions which can be internal and external.
La figure 2 est une vue en coupe d’un compresseur d’une turbomachine axiale telle que celle de la figure 1. Le compresseur peut être un compresseur bassepression 4. On peut y observer une partie du fan 16 et le bec de séparation 22 du flux primaire 18 et du flux secondaire 20. Le rotor 12 comprend plusieurs rangées d’aubes rotoriques 24, en l’occurrence trois. Il montre un support interne en forme de tambour auquel les aubes rotoriques 24 sont liées. Ces îo aubes 24 peuvent former un ensemble monobloc avec le tambour. En variante ou en complément, le rotor 12 peut comprendre un ou plusieurs disques qui sont disposés le long de l’axe de rotation 14 et auxquels les aubes rotoriques 24 sont liées. A nouveau en variante ou en complément, certaines rangées d’aubes rotoriques 24 peuvent être montées dans des gorges du rotor 12 qui reçoivent les aubes via des rétentions de type queue d’aronde.FIG. 2 is a sectional view of a compressor of an axial turbomachine such as that of FIG. 1. The compressor can be a low pressure compressor 4. One can observe therein a part of the fan 16 and the separation nozzle 22 of the primary flow 18 and secondary flow 20. The rotor 12 comprises several rows of rotor blades 24, in this case three. It shows an internal support in the form of a drum to which the rotor vanes 24 are linked. These blades 24 can form a one-piece assembly with the drum. As a variant or in addition, the rotor 12 may comprise one or more discs which are arranged along the axis of rotation 14 and to which the rotor blades 24 are linked. Again as a variant or in addition, certain rows of rotor blades 24 can be mounted in grooves of the rotor 12 which receive the blades via dovetail type retentions.
Le compresseur basse pression 4 comprend plusieurs redresseurs, en l’occurrence quatre, qui contiennent chacun une rangée d’aubes statoriques 26.The low pressure compressor 4 comprises several rectifiers, in this case four, which each contain a row of stator vanes 26.
Les redresseurs sont associés au fan 16 ou à une rangée d’aubes rotoriques pour redresser le flux d’air, de sorte à convertir la vitesse du flux en pression statique et/ou en pression dynamique.The rectifiers are associated with the fan 16 or a row of rotor blades to straighten the air flow, so as to convert the speed of the flow into static pressure and / or dynamic pressure.
Les aubes statoriques 26 s’étendent essentiellement radialement depuis un carter extérieur 28, et peuvent y être fixées et immobilisées à l’aide d’axes traversants. Au sein d’une même rangée, les aubes statoriques 26 sont régulièrement espacées les unes des autres, et présentent une même orientation angulaire dans le flux. Avantageusement, les aubes d’une même rangée sont identiques. Optionnellement, l’espacement entre les aubes peut varier localement tout comme leurs orientations angulaires. Certaines aubes peuvent différer du reste des aubes de leur rangée. Le carter extérieur 28 peut être formé de plusieurs anneaux, ou de demi-coquilles. Il peut être formé d’une succession de viroles externes reliées axialement les unes aux autres.The stator vanes 26 extend essentially radially from an outer casing 28, and can be fixed and immobilized therein using through pins. Within a single row, the stator vanes 26 are regularly spaced from one another, and have the same angular orientation in the flow. Advantageously, the blades of the same row are identical. Optionally, the spacing between the blades can vary locally as can their angular orientations. Some vanes may differ from the rest of the vanes in their row. The outer casing 28 can be formed of several rings, or half-shells. It can be formed by a succession of external ferrules connected axially to each other.
En complément, les aubes statoriques 26 peuvent supporter des viroles internes 30. Ces viroles internes 30 reçoivent des joints circulaires assurant des étanchéités avec le rotor 12. En particulier, les joints peuvent être des couchesIn addition, the stator vanes 26 can support internal ferrules 30. These internal ferrules 30 receive circular seals ensuring seals with the rotor 12. In particular, the seals can be layers
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BE2016/5807 7 annulaires de matériau abradable qui s’effritent au contact de léchettes formées autour du rotor 12.BE2016 / 5807 7 annulars of abradable material which crumble in contact with wipers formed around the rotor 12.
Dans l’optique de contrôler le risque de décrochage et de pompage dans le compresseur 4, ce dernier est réalisé localement en matériau à mémoire de forme. Par exemple, son rotor 12 et son stator comprennent un ou plusieurs matériaux à mémoire de forme. Le changement de forme peut résulter d’un changement de température, mais également d’une alimentation électrique, de l’application d’un champ magnétique, et/ou d’une contrainte mécanique.In order to control the risk of stalling and pumping in the compressor 4, the latter is made locally from shape memory material. For example, its rotor 12 and its stator comprise one or more shape memory materials. The change in shape can result from a change in temperature, but also from a power supply, the application of a magnetic field, and / or mechanical stress.
La figure 3 est une portion de compresseur 4, par exemple une portion du îo compresseur basse pression 4 de la figure 2.FIG. 3 is a portion of compressor 4, for example a portion of the low pressure compressor 4 of FIG. 2.
Les aubes (24 ; 26), le carter externe 28 et la virole interne 30 forment des parois guidant le flux primaire 18 qui traverse axialement le compresseur 4. Ces parois guident le flux selon une première direction, et dans une deuxième direction suite au changement de forme du ou des matériaux à mémoire de forme.The vanes (24; 26), the external casing 28 and the internal ferrule 30 form walls guiding the primary flow 18 which passes axially through the compressor 4. These walls guide the flow in a first direction, and in a second direction following the change shape of the shape memory material (s).
Le compresseur 4 est représenté en trait plein dans une première configuration, et en traits pointillés dans une deuxième configuration permettant de guider le flux primaire 18 selon une autre direction. Le changement de direction que suit le flux primaire 18 peut être supérieur à 1°, ce changement peut s’observer localement ; par exemple dans une couche limite annulaire ; et ou dans un passage entre deux aubes d’une même rangée.The compressor 4 is shown in solid lines in a first configuration, and in dotted lines in a second configuration allowing the primary flow 18 to be guided in another direction. The change of direction followed by the primary flow 18 can be greater than 1 °, this change can be observed locally; for example in an annular boundary layer; and or in a passage between two blades in the same row.
Le carter externe 28 peut être réalisé en matériau à mémoire de forme. Optionnellement l’inclinaison de sa paroi par rapport à l’axe de rotation 14 peut évoluer. Son changement de forme permet de modifier le diamètre du carter externe 28, par exemple sur toute sa longueur ou sur un tronçon donné. Le carter externe 28 effectue éventuellement une homothétie, par exemple radialement. Par exemple, le tronçon en question peut être autour d’une rangée d’aubes (24 ; 26). Ceci tend à modifier la direction de l’écoulement du flux primaire 18, éventuellement en raison d’une conicité plus marquée ou s’estompant lors du changement de forme. Le changement de forme peut tendre vers, ou éloigner, le carter 28 d’une forme tubulaire.The outer casing 28 can be made of shape memory material. Optionally, the inclination of its wall relative to the axis of rotation 14 can change. Its change in shape makes it possible to modify the diameter of the external casing 28, for example over its entire length or over a given section. The external casing 28 optionally performs a homothety, for example radially. For example, the section in question may be around a row of blades (24; 26). This tends to modify the direction of flow of the primary flow 18, possibly due to a more marked taper or fading when the shape changes. The change in shape may tend towards, or move away from, the casing 28 of a tubular shape.
Un matériau à mémoire de forme tel qu’employé dans la présente invention peut être un matériau polymère, tel que du polynorbornène, duA shape memory material as used in the present invention may be a polymeric material, such as polynorbornene,
BE2016/5807 transpolyisoprène, un copolymère éthylène acétate de vinyle, un copolymère acrylate de méthyle-acrylate de stéaryle, un oligo ε caprolactone, αω diméthacrylate ; un colyuréthane, notamment le copolyuréthane polyamide ; un copolymère styrène bloc transpolybutadiène, un copolymère à bloc oxadiazole aliphatique et aromatique. D’autres polymères sont envisageables.BE2016 / 5807 transpolyisoprene, an ethylene vinyl acetate copolymer, a methyl acrylate-stearyl acrylate copolymer, an oligo ε caprolactone, αω dimethacrylate; a colyurethane, in particular copolyurethane polyamide; a styrene transpolybutadiene block copolymer, an aliphatic and aromatic oxadiazole block copolymer. Other polymers are possible.
Le matériau à mémoire de forme peut également être un matériau composite, notamment à matrice organique. Le composite peut également présenter un renfort fibreux rempli par la matrice. Selon l’invention, la matrice comme le renfort peuvent être à mémoire de forme. Par exemple le renfort fibreux peut comprendre des fibres en alliage à mémoire de forme, ces fibres pouvant être associées à des fibres de carbone et de fibres de verre. Les fibres peuvent être agencées en plis fibreux empilés, par exemple entre huit et vingt-cinq plis fibreux empilés, éventuellement entre douze et seize plis fibreux empilés. L’empilement peut former une préforme fibreuse. En variante ou en complément, les plis fibreux sont agencés dans une préforme tissée en trois dimensions.The shape memory material can also be a composite material, in particular with an organic matrix. The composite can also have a fibrous reinforcement filled by the matrix. According to the invention, the matrix as well as the reinforcement can be shape memory. For example, the fibrous reinforcement may comprise fibers of shape memory alloy, these fibers being able to be associated with carbon fibers and glass fibers. The fibers can be arranged in stacked fibrous plies, for example between eight and twenty-five stacked fibrous plies, possibly between twelve and sixteen stacked fibrous plies. The stack can form a fibrous preform. As a variant or in addition, the fibrous folds are arranged in a three-dimensional woven preform.
Par ailleurs, la matrice peut inclure des particules à mémoire de forme, et/ou être réalisée à l’aire d’un des polymères à mémoire de forme précédemment cités. Les particules à mémoire de forme peuvent avoir la forme de fibres, de pétales, de grains ; éventuellement orientés ; et/ou agencés en fonction de leur direction de changement de forme.Furthermore, the matrix may include shape memory particles, and / or be made using one of the previously mentioned shape memory polymers. The shape memory particles can be in the form of fibers, petals, grains; possibly oriented; and / or arranged according to their direction of shape change.
Un matériau à mémoire de forme peut être un alliage à mémoire de forme (AMF). Les alliages à mémoire de forme sont des alliages possédant la capacité de garder en mémoire une forme initiale, d'y retourner même après une déformation. Ce cycle peut s’effectuer plusieurs millier de fois. La possibilité d'alterner entre deux formes préalablement mémorisées répond à une variation de température autour d'une température critique, et un comportement super élastique permettant des allongements sans déformation permanente supérieurs à ceux des autres métaux, par exemple jusqu'à 10%. Parmi les principaux alliages à mémoire de forme, on retrouve toute une variété d'alliages de nickel et de titane comme constituants principaux, en proportions presque égales, comme par exemple le nitinol. D’autres alliages à mémoire de forme sont envisageables dont : du laiton, un alliage de cuivre-aluminium, unA shape memory material can be a shape memory alloy (AMF). Shape memory alloys are alloys with the capacity to keep an initial shape in memory, to return to it even after a deformation. This cycle can be performed several thousand times. The possibility of alternating between two previously memorized shapes responds to a temperature variation around a critical temperature, and a super elastic behavior allowing elongations without permanent deformation greater than those of other metals, for example up to 10%. Among the main shape memory alloys, there is a variety of nickel and titanium alloys as main constituents, in almost equal proportions, such as nitinol. Other shape memory alloys are possible including: brass, a copper-aluminum alloy, a
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BE2016/5807 9 alliage de fer-platine, un alliage d’indium-cadmium, un alliage de fer-nickel, un alliage de nickel-aluminium, ou de l'acier inoxydable.BE2016 / 5807 9 iron-platinum alloy, an indium-cadmium alloy, an iron-nickel alloy, a nickel-aluminum alloy, or stainless steel.
La virole interne 30 peut également être réalisée en matériau à mémoire de forme. Elle peut être réalisée en composite à mémoire de forme. Elle peut notamment comprendre une matrice à mémoire de forme, et des fibres à mémoire de forme. Ces fibres peuvent être des fibres de longueurs inférieures à : 10mm, ou 5mm, ou 2mm. Le changement de forme de la virole interne 30 tend à en modifier le diamètre autour de l’axe de rotation 14, éventuellement selon une homothétie. Le changement peut éventuellement s’effectuer sur toute îo la longueur. Le changement de forme peut également modifier sa longueur axiale.The internal ferrule 30 can also be made of shape memory material. It can be made of shape memory composite. It can in particular comprise a shape memory matrix, and shape memory fibers. These fibers can be fibers of lengths less than: 10mm, or 5mm, or 2mm. The change in shape of the internal ferrule 30 tends to modify the diameter thereof around the axis of rotation 14, possibly according to a homothety. The change can possibly be made over the entire length. The change in shape can also modify its axial length.
Les changements de forme du carter 28 et de la virole 30 tendent à modifier la section de passage de la veine. Cette section peut augmenter et faciliter la circulation du flux primaire ; ce qui réduit le risques de pompage.The changes in shape of the casing 28 and of the shell 30 tend to modify the passage section of the vein. This section can increase and facilitate the circulation of the primary flow; which reduces the risk of pumping.
En complément, les aubes rotoriques 24 et statoriques 26 peuvent également changer de formes. Elles peuvent s’allonger radialement et/ou axialement. Dès lors, leurs bords d’attaque 32 et leurs bords de fuite 34 peuvent s’allonger et se déplacer axialement. Leurs courbures peuvent se tendre ou s’accentuer. Ces déformations influent sur la compression du flux 18, et sur son guidage. Les bords d’attaque 32 et les bords de fuite 34 de deux aubes (24 ; 26) distantes axialement peuvent s’éloigner ou se rapprocher axialement. Le tambour 12 peut également se déformer. Selon une option de l’invention, au moins un ou plusieurs des éléments parmi : le rotor 12, le carter 28, la virole, les aubes statoriques 26 et les aubes rotoriques 24 sont libres de comportement à mémoire de forme ; tout en étant au niveau d’une paroi présentant une propriété de mémoire de forme.In addition, the rotor 24 and stator 26 blades can also change shapes. They can extend radially and / or axially. Consequently, their leading edges 32 and their trailing edges 34 can lengthen and move axially. Their curvatures can tighten or worsen. These deformations influence the compression of the flow 18, and its guidance. The leading edges 32 and the trailing edges 34 of two axially spaced vanes (24; 26) can move away or approach axially. The drum 12 can also deform. According to an option of the invention, at least one or more of the elements among: the rotor 12, the casing 28, the ferrule, the stator vanes 26 and the rotor vanes 24 are free of shape memory behavior; while being at a wall having a shape memory property.
Bien que le présent enseignement ait été présenté en relation avec le compresseur basse pression, il est également envisageable de l’appliquer au compresseur haute pression et à la soufflante. Une application dans la turbine basse pression et dans la turbine haute pression est également envisageable.Although the present teaching has been presented in relation to the low pressure compressor, it is also possible to apply it to the high pressure compressor and the blower. An application in the low pressure turbine and in the high pressure turbine is also possible.
La figure 4 esquisse un profil d’aube de compresseur, telle qu’une aube statorique. L’aube statorique peut correspondre à celles décrites en relation avec les figures 2 et 3. Cet enseignement peut également s’appliquer à uneFigure 4 sketches a profile of a compressor vane, such as a stator vane. The stator dawn may correspond to those described in relation to FIGS. 2 and 3. This teaching can also be applied to a
BE2016/5807 aube rotorique, telles que celles présentées en figures 2 et 3. L’axe de rototation 14 figure en guise de repère spatial.BE2016 / 5807 rotor vane, such as those shown in Figures 2 and 3. The axis of rotation 14 is shown as a spatial reference.
Le profil de l’aube 26 présente une forme cambrée. Sa surface intrados 36 est concave, et l’extrados 38 est convexe. Ces surfaces (36 ; 38) s’étendent du bord d’attaque 32 au bord de fuite 34. Selon son épaisseur, l’aube 26 présente une couche intrados telle une moitié intrados 40 ; et une couche extrados telle une moitié extrados 42. Au moins une couche, respectivement au moins une moitié (40 ; 42) comprend un matériau à mémoire de forme ; l’autre couche, respectivement l’autre moitié, étant libre de comportement à mémoire de forme. Ces matériaux peuvent correspondre à ceux décrit ci-dessus. Eventuellement, les deux matériaux sont à mémoire de forme.The profile of the blade 26 has a curved shape. Its lower surface 36 is concave, and the upper surface 38 is convex. These surfaces (36; 38) extend from the leading edge 32 to the trailing edge 34. Depending on its thickness, the blade 26 has a lower surface layer such as a lower half 40; and an upper layer such as an upper half 42. At least one layer, respectively at least one half (40; 42) comprises a shape memory material; the other layer, respectively the other half, being free of shape memory behavior. These materials can correspond to those described above. Optionally, the two materials are shape memory.
Le changement de forme peut provoquer un changement de cambrure du profil de l’aube 26. Dans l’état déformé suite au changement de forme du matériau à mémoire de forme, la surface intrados 36 peut s’incurver d’avantage et la surface extrados 38 peut s’arquer encore. Dès lors, le redressement du flux primaire 18 que procure l’aube 26 est plus prononcé. Dans le cas où elle serait fixée au milieu de sa corde, le bord de fuite 34 se rapproche du bord d’attaque 32, en creusant encore l’aube ; en plus de la raccourcir axialement. Le bord d’attaque 32 et le bord de fuite 34 se déplacent selon la circonférence. Ils se rapprochent de l’aube de la rangée qui est en regard de la surface intrados 36. Ils peuvent refermer le passage avec l’aube voisine. Dès lors, l’angle de calage de l’aube évolue, ce qui est particulièrement bénéfique dans le contexte d’un compresseur à haute vitesse, c’est-à-dire dont la vitesse de rotation est supérieure à : 10 000 tr/min, ou 15 000 tr/min, ou 18 000 tr/min. Le rendement peut s’améliorer.The change in shape can cause a change in the camber of the profile of the blade 26. In the deformed state following the change in shape of the shape memory material, the lower surface 36 can be curved more and the upper surface 38 can still arch. Therefore, the recovery of the primary flow 18 that the blade 26 provides is more pronounced. In the event that it is fixed in the middle of its cord, the trailing edge 34 approaches the leading edge 32, further digging the blade; in addition to shortening it axially. The leading edge 32 and the trailing edge 34 move around the circumference. They approach the dawn of the row which is opposite the lower surface 36. They can close the passage with the neighboring dawn. Consequently, the setting angle of the blade changes, which is particularly beneficial in the context of a high speed compressor, that is to say one whose rotation speed is greater than: 10,000 rpm. min, or 15,000 rpm, or 18,000 rpm. Performance can improve.
Selon l’invention, il est également envisageable que la déformation du matériau à mémoire de forme produise la déformation inverse à celle qui a été décrite cidessus. Ainis, l’aube peut s’allonger axialement, son redressement peut diminuer, sa surface extrados et sa surface intrados peuvent se tendre, c’est-àdire qu’elles s’aplanissent. Le pompage peut être évité puisque la vitesse de l’écoulement est préservée.According to the invention, it is also conceivable that the deformation of the shape memory material produces the opposite deformation to that which has been described above. Thus, the dawn can lengthen axially, its straightening can decrease, its upper surface and its lower surface can be tender, that is to say that they flatten out. Pumping can be avoided since the flow velocity is preserved.
Selon l’invention, le présent profil peut correspondre à un profil au milieu radialement de l’aube, tandis qu’un ou chaque profil lié à un support resteAccording to the invention, the present profile may correspond to a profile in the middle radially of the blade, while one or each profile linked to a support remains
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BE2016/5807 identique. Dès lors, l’aube s’incurve localement. L’incurvation peut être progressive.BE2016 / 5807 identical. From then on, the dawn bends locally. The bending can be gradual.
La figure 5 esquisse un profil d’aube de compresseur selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. L’axe de rotation 114 est tracé en guise de repère.Figure 5 sketches a compressor blade profile according to a second embodiment of the invention. The axis of rotation 114 is drawn as a guide.
Le deuxième mode de réalisation de l’invention est sensiblement identique au premier mode de réalisation, il en diffère toutefois par l’ancrage et/ou par la direction de la déformation générale représentée. L’ancrage peut être au niveau du bord de fuite 134 qui reste en place, tandis que le bord d’attaque 132 se déplace selon la circonférence. Il se rapproche d’une aube de la rangée io annulaire à laquelle la présente aube 126 appartient, et se rapproche d’une autre de ces aubes. L’aube 126 intercepte moins le flux primaire 118, et le ralenti moins. Cette modification peut faciliter l’écoulement, et éventuellement éviter le pompage.The second embodiment of the invention is substantially identical to the first embodiment, it however differs therefrom by the anchoring and / or by the direction of the general deformation shown. The anchor can be at the trailing edge 134 which remains in place, while the leading edge 132 moves according to the circumference. It approaches a blade of the annular row to which the present blade 126 belongs, and approaches another of these blades. Dawn 126 intercepts primary flow 118 less, and idles less. This modification can facilitate the flow, and possibly avoid pumping.
Selon une variante, l’aube est maintenue depuis son bord d’attaque, et son bord de fuite est mobile.Alternatively, the blade is held from its leading edge, and its trailing edge is movable.
Selon l’invention, le présent profil peut correspondre à un profil au milieu radialement de l’aube, tandis qu’un ou chaque profil lié à un support reste identique. Dès lors, l’aube se vrille localement. Le vrillage peut être progressif.According to the invention, the present profile may correspond to a profile in the middle radially of the blade, while one or each profile linked to a support remains identical. From then on, the dawn twists locally. The twist can be progressive.
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