BR112018012664B1

BR112018012664B1 - Blindagem de bordo de ataque para uma pá de turbomáquina, pá, turbomáquina, ventoinha, e, turbofan

Info

Publication number: BR112018012664B1
Application number: BR112018012664-0A
Authority: BR
Inventors: Frédéric Jean-Bernard Pouzadoux; Alain Jacques Michel Bassot; Jérémy GUIVARC'H; Jean-Louis ROMERO; Thibault RUF
Original assignee: Safran Aircraft Engines
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2023-03-07
Also published as: CN108463614B; RU2018126658A3; US20190003312A1; EP3394398B1; WO2017109407A1; RU2728673C2; CA3009226A1; FR3045712B1; FR3045712A1; EP3394398A1; US11131196B2; CN108463614A; RU2018126658A; JP6927978B2; JP2019500537A; BR112018012664A2

Abstract

BLINDAGEM DE BORDO DE ATAQUE PARA UMA PÁ DE TURBOMÁQUINA, PÁ, TURBOMÁQUINA, VENTOINHA, E, TURBOFAN. A invenção refere-se ao campo de pás de turbomáquina e, mais especificamente, a uma blindagem de bordo de ataque (32) para uma pá de turbomáquina (16), a dita blindagem de bordo de ataque (32) compreendendo um lado de pressão (34) e um lado de sucção (36). Cada uma do lado de pressão (34) e do lado de sucção (36) se estende na direção de sua altura de uma borda inferior (50) para uma borda superior (51), e na direção de seu comprimento do bordo de ataque (18) para uma borda traseira (40, 42) e são conectadas através do bordo de ataque (18); a borda traseira (42) do lado de sucção (36) tem pelo menos um segmento (S1, S2) formado de tal modo que o comprimento da lado de sucção (36) dentro do dito segmento é menor que o comprimento (l2, l3, l21, l22, l31, l32) do lado de sucção (36) em cada extremidade do segmento (S1, S2).

Description

Fundamentos da invenção

[001] A presente invenção se refere a uma blindagem de bordo de ataque para uma pá de turbomáquina. O termo “turbomáquina” é usado nesse contexto para significar qualquer máquina na qual energia pode ser transferida entre um fluxo de fluido e pelo menos um conjunto de pás, por exemplo, como um compressor, uma bomba, uma turbina, um propulsor ou, na verdade, uma combinação de pelo menos dois dos itens acima.

[002] Essas blindagens de bordo de ataque são tipicamente para proteger os bordos de ataque das pás rotativas ou das palhetas de guia contra impactos. O termo “pás” é usado nesse contexto tanto para as pás da ventoinha quanto para as pás de um propulsor de aeronave. De modo a limitar o seu peso, tais pás são tipicamente principalmente na forma de um corpo de pá feito de um material compósito reforçado com fibras com uma matriz orgânica, por exemplo, feita de um polímero. Embora tais materiais apresentem qualidades mecânicas que são geralmente muito favoráveis, em particular em comparação com o seu peso, eles são, no entanto, um pouco sensíveis a impactos pontuais. Blindagens, normalmente feitas de material metálico muito forte, como ligas de titânio, são, portanto, normalmente instaladas nos bordos de ataque de tais pás, a fim de protegê-los contra tais impactos. Essas blindagens são normalmente na forma de uma fina asa do lado de pressão e uma fina asa do lado de sucção unidas por uma seção mais espessa que cobre o bordo de ataque, as asas e a seção mais espessa ajustando-se ao formato da pá no bordo de ataque e nas seções adjacentes do lado de pressão e do lado de sucção. As asas do lado de pressão e do lado de sucção se estendem em altura e comprimento sobre essas seções do lado de pressão e do lado de sucção, respectivamente, da pá, e servem principalmente para garantir que a blindagem seja posicionada e fixada no bordo de ataque, e também servem para distribuir a força de um impacto e dissipar sua energia sobre uma área maior do corpo da pá. Dessa forma, no caso de um impacto contra a blindagem de bordo de ataque, ondas de deformação se propagam através da blindagem, incluindo as asas, até que sejam completamente dissipadas na mesma. No entanto, sob certas circunstâncias, tal propagação pode levar a picos de deformação que podem ir tão longe a ponto de fazer com que uma asa se separe parcialmente.

Objetivo e sumário da invenção

[003] A presente descrição busca remediar essas desvantagens propondo uma blindagem de bordo de ataque para uma pá de turbomáquina que dissipa a energia dos impactos de forma mais eficaz e que limita a separação potencial.

[004] Em pelo menos uma modalidade, esse objetivo é alcançado pelo fato de que, na dita blindagem de bordo de ataque, que pode ser feita de material metálico e compreende uma asa do lado de pressão e uma asa do lado de sucção, cada uma se estendendo na direção da altura a partir de uma borda inferior para uma borda superior e na direção do comprimento a partir do bordo de ataque para uma respectiva borda traseira e conectadas através do bordo de ataque, a borda traseira da asa do lado de sucção apresenta pelo menos um segmento conformado que é conformado de tal modo que o comprimento da asa do lado de sucção dentro desse segmento é menor que o comprimento da asa do lado de sucção em cada extremidade desse segmento.

[005] Por meio dessas provisões, no caso de um impacto, ondas de deformação se propagam através da asa do lado de sucção, de modo a obter a dissipação da energia do impacto que é mais rápida e mais eficaz. Além disso, esse formato apresenta adicionalmente a vantagem adicional de formar um obstáculo à separação da asa do lado de sucção a partir de sua borda superior e/ou de sua borda inferior.

[006] De modo a dissipar melhor a energia do impacto, o dito segmento da borda traseira da asa do lado de sucção pode, em particular, estar mais perto da borda superior do que da borda inferior da asa do lado de sucção. Além disso, a fim de aumentar o efeito de dissipação, a dita borda traseira da asa do lado de sucção pode apresentar uma pluralidade de segmentos conformados que são conformados de tal modo que o comprimento da asa do lado de sucção dentro de cada segmento é menor que o comprimento da asa do lado de sucção em cada extremidade do mesmo segmento.

[007] Para evitar concentrações de força, a borda traseira da asa do lado de sucção pode apresentar continuidade tangencial ao longo de toda a altura da blindagem, de modo que o comprimento da asa do lado de sucção varia gradualmente, em particular de modo a evitar a curvatura que é excessiva, correspondendo a raios de curvatura menores que alguns mínimos predeterminados.

[008] A presente descrição também provê uma pá que se estende na direção da altura a partir de uma raiz da pá até uma ponta da pá e que compreende um corpo de pá e uma blindagem de bordo de ataque montada no corpo da pá, o corpo da pá sendo feito de material compósito com uma matriz orgânica, por exemplo, uma matriz polimérica, reforçada com fibras, a blindagem de bordo de ataque sendo feita de um material com melhor resistência ao impacto pontual do que o material compósito do corpo da pá.

[009] Nessa pá, o bordo de ataque pode, em particular, apresentar, pelo menos localmente, uma flecha positiva igual a ou maior que 30°, para uma melhor eficiência aerodinâmica. O formato da borda traseira da asa do lado de sucção é particularmente útil para dissipar impactos na proximidade do bordo de ataque de uma pá que apresenta tal flecha positiva.

[0010] A presente descrição também provê uma turbomáquina com uma pluralidade de tais pás, uma ventoinha com uma pluralidade de tais pás, e um turbofan incluindo tal ventoinha.

Breve descrição dos desenhos

[0011] A invenção pode ser bem compreendida e suas vantagens aparecem melhor mediante a leitura da seguinte descrição detalhada de modalidades mostradas como exemplos não limitativos. A descrição se refere aos desenhos anexos, em que: • a Figura 1 é uma vista em perspectiva diagramática de um turbofan; • a Figura 2 é uma vista em perspectiva diagramática do lado de sucção de uma pá rotativa da ventoinha do turbojato da Figura 1, em uma primeira modalidade da pá; • a Figura 3 é uma vista em seção fragmentária da pá da Figura 2 no plano III-III; e • a Figura 4 é uma vista em perspectiva diagramática do lado de sucção de uma pá rotativa da ventoinha do turbojato da Figura 1, em uma segunda modalidade da pá.

Descrição detalhada da invenção

[0012] A Figura 1 mostra um turbofan 10 com uma unidade geradora de gás 12 e uma ventoinha 14. A ventoinha 14 tem uma pluralidade de pás rotativas 16 arranjadas radialmente em torno de um eixo geométrico central X, as pás sendo aerodinamicamente perfiladas, de modo a impelir o ar quando rodam. Dessa forma, como mostrado nas Figuras 2 e 3, cada pá 16 apresenta um bordo de ataque 18, um bordo de fuga 20, um lado de pressão 22, um lado de sucção 24, uma ponta de pá 26 e uma raiz de pá 28.

[0013] Em operação normal, o fluxo de ar relativo é orientado substancialmente para o bordo de ataque 18 de cada pá 16. Dessa forma, o bordo de ataque 18 está particularmente exposto a impactos. Em particular, quando a pá 16 compreende um corpo de pá 30 feito de material compósito, em particular com uma matriz polimérica reforçada com fibras, é apropriado proteger o bordo de ataque 18 com uma blindagem de bordo de ataque 32 integrada em cada pá. Em outras palavras, a blindagem de bordo de ataque 32 é montada no corpo da pá 30.

[0014] A blindagem de bordo de ataque 32 é feita de um material que é melhor em suportar impactos pontuais do que o material compósito do corpo da pá 30. A blindagem de bordo de ataque 32 é feita principalmente de metal e, mais especificamente, de uma liga à base de titânio, como TA6V (Ti- 6Al-4V), por exemplo. A blindagem de bordo de ataque 32 poderia igualmente ser feita de aço ou de uma liga de metal comumente chamada pela marca registrada Inconel™. O termo “Inconel” é usado abaixo para se referir a uma liga à base de ferro ligada com níquel e cromo.

[0015] Como mostrado em particular na Figura 3, a blindagem de bordo de ataque 32 tem uma asa do lado de pressão 34, uma asa do lado de sucção 36, e uma seção central 38 de maior espessura que deve se sobrepor a uma borda do corpo da pá 30 e que conecta a asa do lado de pressão 34 e a asa do lado de sucção 36 no bordo de ataque 18. As asas do lado de pressão e do lado de sucção 34 e 36 servem tanto para posicionar a blindagem 32 no corpo da pá 30, como também para dissipar a energia de impacto. Cada uma das asas do lado de pressão e do lado de sucção 34, 36 se estendem na direção de altura ao longo de uma altura H a partir de uma borda inferior 50 até uma borda superior 51 e na direção do comprimento a partir do bordo de ataque 18 até a borda traseira correspondente 40, 42.

[0016] A fim de dissipar melhor a energia das ondas de deformação que se propagam através da blindagem 32 como resultado de um impacto, a borda traseira 42 da asa do lado de sucção não é paralela ao bordo de ataque 18 ao longo de todo o seu comprimento, mas apresenta um segmento conformado S1 mais perto da borda superior 51 do que da borda inferior 52, por exemplo, além de pelo menos 60% da altura H da blindagem 32 a partir da borda inferior 50, segmento esse que é conformado de tal maneira que o comprimento 11 da asa do lado de sucção 36 dentro desse segmento é menor que o comprimento 12, 13 da asa do lado de sucção 36 em cada extremidade desse segmento 52. O comprimento 11 pode, portanto, ser feito menor que cada um dos comprimentos 12, 13 em pelo menos 10%, ou 15%, ou mesmo 30%. Essa redução local no comprimento da asa do lado de sucção 36 não apenas facilita a dissipação da energia de impacto, tornando a propagação de ondas de deformação sobre a asa do lado de sucção mais complicada, mas também contribui para impedir qualquer separação local da blindagem 32 de se propagar ao longo da borda traseira 42.

[0017] Embora nessa primeira modalidade, a borda traseira 42 apresente apenas um segmento S1 formado de tal maneira que o comprimento 11 da asa do lado de sucção 36 dentro desse segmento é menor que o comprimento 12, 13 da asa do lado de sucção 36 em cada extremidade desse segmento S1, é também possível considerar a combinação de uma pluralidade de tais segmentos em sucessão, a fim de reforçar os seus efeitos. Dessa forma, em uma segunda modalidade, mostrada na Figura 4, a borda traseira 42 da asa do lado de sucção 36 apresenta dois segmentos sucessivos S1 e S2 formados de tal maneira que o comprimento 111, 112 da asa do lado de sucção 36 dentro de cada segmento S1, S2 é menor que o comprimento 121, 122, 131, 132 da asa do lado de sucção 36 em cada extremidade do mesmo segmento S1, S2. Os elementos restantes da blindagem 32 e da pá 16 nessa segunda modalidade são todos análogos aos da primeira modalidade e, consequentemente, recebem os mesmos números de referência no desenho.

[0018] Embora a presente invenção seja descrita com referência a uma modalidade específica, é evidente que várias modificações e alterações podem ser realizadas nessas modalidades sem ir além do âmbito geral da invenção como definido pelas reivindicações. Além disso, as características individuais das várias modalidades mencionadas podem ser combinadas em modalidades adicionais. Consequentemente, a descrição e os desenhos devem ser considerados em um sentido que seja ilustrativo e não restritivo.

Claims

1. Blindagem de bordo de ataque (32) para uma pá de turbomáquina (16), a dita blindagem de bordo de ataque (32) caracterizada pelo fato de que compreende uma asa do lado de pressão (34) e uma asa do lado de sucção (36), cada uma se estendendo na direção da altura a partir de uma borda inferior (50) para uma borda superior (51) e na direção do comprimento a partir do bordo de ataque para uma respectiva borda traseira (40, 42) e conectadas através do bordo de ataque, e em que a borda traseira (42) da asa do lado de sucção (36) apresenta pelo menos um segmento conformado (S1, S2) que é conformado de tal modo que o comprimento (11, 111, 112) da asa do lado de sucção (36) dentro desse segmento (S1, S2) é menor que o comprimento (12, 13, 121, 122, 131, 132) da asa do lado de sucção (36) em cada extremidade desse segmento (S1, S2).

2. Blindagem de bordo de ataque (32) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o dito segmento (S1, S2) da borda traseira (42) da asa do lado de sucção (36) é mais próximo da borda superior (51) do que da borda inferior (50) da asa do lado de sucção (36).

3. Blindagem de bordo de ataque (32) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o comprimento (11, 111, 112) da asa do lado de sucção (36) dentro desse segmento (S1, S2) é pelo menos 10% menor que o comprimento (12, 13, 121, 122, 131, 132) da asa do lado de sucção (36) em cada extremidade desse segmento (S1, S2).

4. Blindagem de bordo de ataque (32) de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que o comprimento (11, 111, 112) da asa do lado de sucção (36) dentro desse segmento (S1, S2) é pelo menos 15% menor que o comprimento (12, 13, 121, 122, 131, 132) da asa do lado de sucção (36) em cada extremidade desse segmento (S1, S2).

5. Blindagem de bordo de ataque (32) de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que o comprimento (11, 111, 112) da asa do lado de sucção (36) dentro desse segmento (S1, S2) é pelo menos 30% menor que o comprimento (12, 13, 121, 122, 131, 132) da asa do lado de sucção (36) em cada extremidade desse segmento (S1, S2).

6. Blindagem de bordo de ataque (32) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a dita borda traseira (42) da asa do lado de sucção (36) apresenta uma pluralidade de segmentos conformados (S1, S2) que são conformados de tal modo que o comprimento (111, 112) da asa do lado de sucção (36) dentro de cada segmento (S1, S2) é menor que o comprimento (121, 122, 131, 132) da asa do lado de sucção (36) em cada extremidade do mesmo segmento (S1, S2).

7. Blindagem (32) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que é feita de material metálico.

8. Pá (16), caracterizada pelo fato de que se estende na direção da altura a partir de uma raiz da pá para uma ponta da pá e compreende um corpo da pá (30) e uma blindagem de bordo de ataque (32) como definida em qualquer uma das reivindicações anteriores montada no corpo da pá (30), o corpo da pá (30) sendo feito de material compósito de matriz orgânica reforçada com fibras, e a blindagem de bordo de ataque (32) sendo feita de um material com melhor resistência ao impacto pontual do que o material compósito do corpo da pá (30).

9. Pá (16) de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o bordo de ataque apresenta, pelo menos localmente, uma flecha positiva igual a ou maior que 30°.

10. Turbomáquina, caracterizada pelo fato de que inclui uma pluralidade de pás (16) como definidas na reivindicação 8 ou 9.

11. Ventoinha (14), caracterizada pelo fato de que inclui uma pluralidade de pás (16) como definidas na reivindicação 8 ou 9.

12. Turbofan (10), caracterizado pelo fato de que inclui uma ventoinha como definida na reivindicação 11.