FR2708103A1 - Conduit d'aspiration d'air à l'entrée d'un banc d'essais pour Turbomachines. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un conduit d'aspiration d'air à l'entrée d'un banc d'essais pour turbomachines. Ce conduit d'aspiration comporte une cheminée (1) d'aspiration d'axe vertical et une grille (9) d'aubes déflectrices comprenant une aube supérieure (9b), une aube inférieure (9a) et une pluralité d'aubes centrales (9c), chacune de ces aubes comportant un bord d'attaque et un bord de fuite. Le conduit d'aspiration forme un coude (7) de façon à assurer le passage de l'air depuis la cheminée d'aspiration verticale jusqu'à la cellule d'essais horizontale. La grille d'aubes est disposée dans le coude. Chacune des aubes de cette grille d'aubes est profilée selon une courbure progressive depuis le bord d'attaque jusqu'au bord de fuite. L'invention s'applique notamment au domaine de l'aéronautique.
Description
CONDUIT D'ASPIRATION D'AIR A L'ENTREE D'UN BANC
D'ESSAIS POUR TURBOMACHINES
DESCRIPTION
Domaine technique La présente invention a pour objet un conduit d'aspiration de l'air à l'entrée d'une chambre et, plus particulièrement, à l'entrée d'un banc d'essais pour turbomachines. L'invention trouve une application dans
le domaine de l'aéronautique.
Etat de la technique Actuellement, les bancs d'essais pour turbomachines (c'est-à-dire pour réacteurs d'avions ou analogues) doivent satisfaire à plusieurs conditions lors de leur construction. Deux de ces conditions, parmi les plus importantes, sont: - le respect de l'environnement et, en particulier, lratténuation substantielle du bruit des réacteurs et des jets qu'émettent les réacteurs lors des essais; - une vitesse des gaz provenant du banc d'essais faible et répartie le plus uniformément possible dans la
section de l'orifice de sortie du banc d'essais.
Il est connu, pour limiter le bruit, et pour assurer un meilleur écoulement de l'air en entrée et en sortie des bancs d'essais, de dévier cet écoulement de l'air à l'aide d'un déflecteur réalisé généralement par une grille d'aubes. Un tel déflecteur situé en sortie du banc d'essais est destiné à éviter que l'écoulement sortant dudit banc d'essais n'engendre, ou ne
transmette, des bruits parallèlement au sol.
Le brevet français publié sous le numéro FR-A-2 058 849, déposé au nom du demandeur, décrit un tel dispositif d'atténuation du bruit et de régulation
de l'écoulement du fluide gazeux dans un banc d'essais.
Ce brevet décrit une grille de redressement du flux gazeux en sortie d'un banc d'essais de turbomachines, cette grille de redressement du flux gazeux comportant des étages d'aubes fixes utilisées comme redresseur. Un tel dispositif permet essentiellement d'obtenir un
effet de silencieux sur le banc d'essais.
Pour les raisons d'environnement citées précédemment et afin d'éviter les opérations trop près du sol, les bancs d'essai de moteurs d'avion comportent le plus souvent une cheminée d'alimentation en fluide gazeux verticale, la cellule du banc d'essais étant horizontale. L'écoulement circulant dans la cheminée doit donc subir une déviation à angle droit avant de pénétrer dans la cellule du banc d'essais. Cette déviation à angle droit est réalisée au moyen d'un coude formé entre la cheminée et la cellule. Il est donc impératif d'obtenir un écoulement de l'air circulant dans le coude le plus homogène possible en vitesse et en pression. Pour réaliser cela, il est classique de doter le coude de la conduite d'aspiration amenant l'air de la cheminée vers la cellule du banc
d'essai, d'une grille d'aubes déflectrices.
Le document CH-679 236 ABB décrit un exemple d'application d'une telle grille d'aubes déflectrices disposée à la base d'une cheminée dans une installation
de turbine industrielle.
Ces aubes déflectrices sont, très souvent, rudimentaires, c'est-à-dire obtenues à l'aide de tôles roulées en quart de cercle. Ces aubes déflectrices n'ont, cependant, pas une répartition de charge aérodynamique bien optimisée; de plus, l'écoulement de l'air sur ces aubes peut décoller sur l'extrados et
donc créer des sortes de tourbillons de l'air.
Une méthode pour limiter ce décollement de l'écoulement d'air consiste à diminuer l'espace entre lesdites aubes; dans ce cas, des pertes de charge sont créées, ce qui pénalise les performances de l'installation. Exposé de l'invention La présente invention a justement pour but de remédier aux inconvénients cités précédemment. A cette fin, elle propose un conduit d'aspiration de l'air situé à l'entrée d'un banc d'essais pour turbomachines, comportant une grille d'aubes déflectrices permettant de délivrer un écoulement de l'air de très bonne homogénéité, tout en permettant un coût modéré de la
construction du banc d'essais.
De façon plus précise, l'invention concerne un conduit d'aspiration de fluides gazeux (généralement de l'air), situé notamment à l'entrée d'un banc dressais pour turbomachines. Ce conduit d'aspiration comporte une cheminée d'aspiration d'axe vertical et une grille d'aubes déflectrices comprenant une aube supérieure, une aube inférieure, et une pluralité d'aubes centrales, chacune de ces aubes comportant un
bord d'attaque et un bord de fuite du courant gazeux.
Ce conduit d'aspiration forme un coude dans lequel est disposé la grille d'aubes de façon à assurer le passage du fluide gazeux de la cheminée d'aspiration d'axe vertical vers la cellule d'axe horizontal du banc d'essais. L'invention se caractérise par le fait que chacune des aubes de la grille d'aubes est profilée selon une courbure progressive depuis le bord d'attaque
jusqu'au bord de fuite.
Avantageusement, la courbure décroît, du bord d'attaque vers le bord de fuite des aubes centrales, cette courbure étant assimilable à un arc de cercle aux environs du bord d'attaque et à un arc de parabole aux environs du bord de fuite. Selon l'invention, le bord d'attaque de chaque aube centrale forme, avec l'axe de la cheminée d'aspiration, un angle d'incidence négatif. Cet angle
d'incidence est de l'ordre de -9 à -8 degrés.
Le bord d'attaque de l'aube supérieure et/ou de l'aube inférieure forme, avec l'axe de la cheminée
d'aspiration, un angle d'incidence nulle.
Selon l'invention, le bord de fuite de chaque aube centrale forme, avec l'axe de la cellule, un angle d'écart d'environ 2 degrés. Le bord de fuite de l'aube supérieure et/ou de l'aube inférieure forme, avec cet
axe de la cellule, un angle d'écart nul.
De façon avantageuse, chaque aube est
réalisée dans une tôle d'épaisseur constante.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la cheminée d'aspiration ayant une dimension transversale Ll et la cellule ayant une dimension transversale L2, le coude du conduit d'aspiration est convergent dans une proportion o la dimension transversale Ll est comprise dans l'intervalle
1,15 x L2 à 1,20 x L2.
Cette cheminée d'aspiration peut comporter en outre une lèvre de forme sensiblement torique fixée à l'entrée de la cheminée d'aspiration, cette lèvre ayant un diamètre équivalent à environ 10 à 15% de la
dimension transversale Ll de la cheminée d'aspiration.
Brève description des dessins
- La figure 1 représente, selon une vue en coupe longitudinale, un banc d'essais pour turbomachines muni d'un conduit d'aspiration de l'air selon l'invention; - la figure 2 représente, schématiquement, le profil d'une aube déflectrice de la grille d'aubes située dans le coude du conduit d'aspiration; et - la figure 3 représente la courbe de distribution de la courbure de l'aube déflectrice représentée sur la
figure 2.
Exposé détaillé de modes de réalisation Sur la figure 1, on a représenté un banc d'essais en coupe longitudinale. Ce banc d'essais comporte une cheminée 1 d'aspiration de l'air, une cellule 3 d'essais des réacteurs, et une cheminée 5 d'évacuation des gaz. Selon le principe des bancs d'essais généralement utilisés, de l'air est introduit dans le banc d'essais par la cheminée 1 d'aspiration de l'air. Cette cheminée 1 est verticale, pour des raisons de respect de l'environnement (notamment du bruit) comme expliqué précédemment. La cellule 3 d'essais des réacteurs étant, quant à celle, horizontale, un coude 7 assure l'écoulement de l'air entre la cheminée 1 verticale et la cellule d'essais 3 horizontale. Une grille 9 d'aubes déflectrices assure un écoulement
homogène de l'air au niveau du coude 7.
Dans la cellule 3 d'essais des réacteurs, on peut voir un réacteur 11 qui a été représenté en traits mixtes sur la figure 1 puisqu'il ne fait pas partie intégrante du banc d'essais; il a été représenté sur la figure 1 pour une meilleure compréhension de l'invention. Dans les bancs d'essais, le réacteur en cours d'essai (tel que le réacteur 11) est relié au moyen d'un mât à une balance de mesure 13 (non représentée sur la figure) qui assure la détermination des valeurs que l'on cherche à mesurer. Le jet de gaz propulsé par le réacteur 11 est collecté par un collecteur 15 de sortie. Ce collecteur 15 assure l'écoulement du jet de gaz propulsé par le réacteur 11 hors de la cellule 3 vers la cheminée 5 d'évacuation
des gaz.
Cette cheminée 5 d'évacuation est également verticale, pour un meilleur respect de l'environnement (comme cela a été expliqué pour la cheminée 1 d'aspiration) et comporte donc une grille 17 d'aubes déflectrices assurant l'écoulement de l'air entre la cellule d'essais 3 et la cheminée d'évacuation 5. Cette grille 17 d'aubes déflectrices située entre la cellule d'essais 3 et la cheminée d'évacuation 5 ne sera pas décrite plus en détail car elle est connue de l'homme de l'art et déjà décrite, notamment, dans le brevet
cité précédemment et référencé FR-2 058 849.
Selon l'invention, les aubes déflectrices centrales 9c de la grille 9 ont une courbure progressive, c'est-à-dire non constante, depuis leur bord d'attaque jusqu'à leur bord de fuite. La courbure de ces aubes déflectrices centrales 9c sera décrite
plus en détail dans la description de la figure 2 et de
la figure 3. La grille 9 d'aubes déflectrices comporte en outre une aube déflectrice inférieure 9a et une aube déflectrice supérieure 9b dont les profils seront
également décrit dans la figure 2.
L'espacement relatif P/C entre deux aubes de la grille 9 d'aubes déflectrices équivaut environ à 0,7, P étant la largeur d'une aube et C la corde de
la courbure d'une aube centrale.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la cheminée 1 d'aspiration est surmontée d'une lèvre 2 d'entrée de l'air de forme torique ou semitorique. La forme de cette lèvre 2 d'entrée de l'air est sensiblement analogue à la forme des pavillons d'entrée montés généralement à l'avant des turbomachines sur les bancs d'essais. Comme cela se comprend aisément, une telle lèvre 2 permet de limiter les distorsions d'écoulement de l'air à l'entrée de la cheminée 1 d'aspiration, et permet également d'éviter la présence
d'une couche limite importante.
Avantageusement, le coude 7 du conduit d'aspiration est convergent. Si l'on référence par L1 la dimension transversale de la cheminée 1 d'aspiration, et par L2 la dimension transversale de la cellule d'essai 3, le coude 7 est convergent dans une proportion o Ll est compris dans l'intervalle
1,15 x L2 à 1,20 x L2.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la lèvre 2 d'entrée a un diamètre sensiblement égal à environ 10 à 15 pour-cent de la dimension transversale Ll de la cheminée 1 d'aspiration, ce qui signifie que le diamètre de la lèvre 2 est compris entre 0,1 x Ll et
0,15 x L1.
Sur la figure 2, on a représenté, de façon schématique, le profil dTune aube déflectrice centrale 9c de la grille 9 d'aubes. Le profil de chacune des aubes centrales est caractérisée par une courbure qui est progressive depuis le bord
d'attaque 10a jusqu'au bord de fuite 0lb de l'aube 9c.
De façon plus précise, la courbure d'une aube centrale 9c décroît du bord d'attaque vers le bord de fuite. Aux environs du bord d'attaque, c'est-à-dire sensiblement entre les points A et A' représentés sur le profil de l'aube, la courbure peut être assimilée sensiblement à un arc de cercle. La longueur développée de la courbure, c'est-à-dire la courbure entre sensiblement les points A' et A" représentés sur le profil de l'aube 9c, peut être assimilée à un arc de parabole, l'arc de cercle et l'arc de parabole formant la
longueur développée totale T de l'aube.
Le profil de l'aube 9c représenté sur cette figure 2 montre de plus que ladite aube 9c forme, au niveau de son bord d'attaque lOa, un angle d'incidence i avec l'axe vertical V qui est l'axe de la cheminée 1. De façon avantageuse, cet angle d'incidence i est négatif; il équivaut, par exemple, à
sensiblement -8 à -9 degrés.
Comme représenté sur la figure 2, l'aube centrale 9c forme, au niveau de son bord de fuite lOb, un angle d'écart a avec l'axe horizontal H. Cet angle
d'écart a est de l'ordre de 2 degrés.
On a référencé, en outre, sur cette figure 2, l'épaisseur e d'une aube 9c telle que décrite précédemment, chaque aube étant réalisée, de façon
avantageuse, dans une tôle d'épaisseur constante e.
Cette épaisseur e est l'épaisseur minimale permettant à l'aube de supporter les contraintes mécaniques engendrées par l'écoulement d'air et par son
installation sur le banc d'essais.
L'aube représentée sur la figure 2 est une
aube déflectrice centrale 9c de la grille 9 d'aubes.
Afin d'améliorer encore l'écoulement de l'air de la cheminée 1 d'aspiration vers la cellule 3 d'essais, l'aube inférieure 9a et l'aube supérieure 9b sont profilées sensiblement différemment des aubes centrales 9c. En effet, afin de limiter les risques d'engouffrement de l'air entre la paroi de la conduite d'aspiration selon l'invention et l'aube inférieure, on profile cette aube inférieure 9a de façon à ce que l'angle d'incidence i qu'elle forme avec l'axe vertical V soit de O degré; de même, afin de limiter les risques de turbulence de l'air à la sortie du coude 7, l'aube inférieure 9a est profilée de façon à ce qu'elle forme avec l'axe horizontal H un angle d'écart a nul. Il en est de même de l' aube supérieure 9b qui, pour des raisons identiques, comporte un angle
d'incidence i nul ainsi qu'un angle d'écart a nul.
La figure 3 montre une courbe représentative de la distribution de la courbure d'une aube déflectrice centrale. On voit donc sur cette courbe que la courbure de l'aube centrale est décroissante du bord d'attaque vers le bord de fuite. En ordonnée, est porté le rapport entre le rayon de courbure RC de l'aube et la longueur développée totale T du profil de l'aube. En abscisse, est porté le rapport entre la longueur partielle S de l'aube et la longueur développée totale T de l'aube. Cette courbe montre que, pour un rapport S/T supérieur à environ 0,1, plus la longueur partielle S est choisie grande, plus le rayon de
courbure de l'aube est faible.
La mise en place d'un conduit d'aspiration tel que décrit précédemment assure une homogénéité en vitesse et en pression de l'écoulement d'air vers la cellule d'essais tout en permettant de faibles pertes de charge. En outre, un tel conduit d'aspiration permet de limiter le coefficient de distorsion des vitesses
lors des essais des turbomachines à, au maximum, 1,01.
Claims (10)
1. Conduit d'aspiration d'un fluide gazeux, notamment à l'entrée d'un banc d'essais pour turbomachines, comprenant une cheminée (1) d'aspiration d'axe vertical et une grille (9) d'aubes déflectrices comprenant une aube supérieure (9b), une aube inférieure (9a) et une pluralité d'aubes centrales (9c), chacune de ces aubes comportant un bord d'attaque et un bord de fuite, ledit conduit d'aspiration formant un coude (7) dans lequel est disposée la grille d'aubes de façon à assurer le passage du fluide gazeux de la cheminée d'aspiration d'axe vertical vers une cellule d'essais (3) d'axe horizontal, caractérisé en ce que chacune des aubes est profilée selon une courbure progressive depuis le bord d'attaque
jusqu'au bord de fuite de ladite aube.
2. Conduit d'aspiration selon la revendication 1, caractérisé en ce que la courbure décroît du bord d'attaque vers le bord de fuite, cette courbure étant assimilable à un arc de cercle aux environs du bord d'attaque puis en un arc de parabole
aux environs du bord de fuite.
3. Conduit d'aspiration selon l'une quelconque
des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le
bord d'attaque de chaque aube centrale forme, avec l'axe vertical de la cheminée d'aspiration, un angle
d'incidence (i) négatif.
4. Conduit d'aspiration selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'angle d'incidence est de
l'ordre de -8 à -9 degrés.
5. Conduit d'aspiration selon l'une quelconque
des revendications l à 4, caractérisé en ce que le bord
d'attaque de l'aube supérieure et/ou de l'aube inférieure forme, avec l'axe vertical de la cheminée
d'aspiration, un angle d'incidence nul.
6. Conduit d'aspiration selon l'une quelconque
des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le bord
de fuite de chaque aube centrale forme, avec l'axe horizontal de la cellule d'essais, un angle d'écart (a) d'environ 2 degrés.
7. Conduit d'aspiration selon l'une quelconque
des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le bord
de fuite de l'aube supérieure et/ou de l'aube inférieure forme, avec l'axe horizontal de la cellule
d'essais, un angle d'écart nul.
8. Conduit d'aspiration selon l'une quelconque
des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque
aube est réalisée dans une tôle d'épaisseur (e) constante.
9. Conduit d'aspiration selon l'une quelconque
des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, la
cheminée d'aspiration ayant une dimension transversale LI et la cellule d'essais ayant une dimension transversale L2, le coude dudit conduit d'aspiration est convergent dans une proportion o la dimension transversale Ll est comprise dans
l'intervalle 1,15 x L2 à 1,20 x L2.
10. Conduit d'aspiration selon la revendication 9 dans lequel la cheminée d'aspiration comporte une entrée par laquelle est introduite le fluide gazeux, caractérisé en ce que ladite cheminée d'aspiration comporte en outre une lèvre (2) de forme sensiblement torique fixée à l'entrée de la cheminée d'aspiration, cette lèvre ayant un diamètre équivalent à environlO à 15% de la dimension transversale L! de la cheminée d'aspiration.
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- 1994-06-30 JP JP15004194A patent/JPH0755643A/ja active Pending
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