FR3023329B1 - Stator ondule pour diminuer le bruit cree par l'interaction avec un rotor - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un stator (1) destiné à être placé de manière radiale dans un écoulement traversant un ou plusieurs rotors (2) partageant le même axe de rotation (LL), présentant un bord d'attaque (11) et un bord de fuite (12), lesdits bord d'attaque (11) et bord de fuite (12) étant raccordés par une face intrados (10) et une face extrados (9), caractérisé en ce que l'une au moins des faces (9, 10) dudit stator présente des ondulations radiales s'étendant axialement du bord d'attaque (11) au bord de fuite (12), lesdites ondulations radiales présentant au moins deux bosses (B) dans la même direction d'azimut dont l'amplitude est d'au moins un centimètre sur au moins une partie de la longueur axiale du stator (1). Elle concerne également l'ensemble propulsif formé par le rotor et le stator et une turbomachine comprenant cet ensemble.

Description

Domaine de l’invention :
La présente invention se rapporte au domaine des propulseurs comprenant un stator en interaction fluidique avec un rotor. Elle concerne plus particulièrement la conception d’un stator pour diminuer le bruit tonal produit par l’ensemble sans faire intervenir de dispositifs actifs.
Etat de la technique :
Notamment, un turboréacteur à double flux pour la propulsion d’avion de transport comprend une soufflante généralement amont délivrant un flux d’air annulaire avec une partie annulaire centrale alimentant le moteur en flux primaire et une partie annulaire extérieure, secondaire, qui est éjectée dans l’atmosphère tout en fournissant une fraction importante de la poussée. Actuellement, sur les moteurs, une couronne d’ailettes fixes, aussi appelées aubes, est disposée dans le flux d’air secondaire, en aval du rotor, pour redresser l’écoulement et augmenter la poussée fournie. Ces ailettes sont généralement désignées par le terme OGV, qui est l’acronyme de Outlet Guide Vane.
Le passage de l’air sur les structures du moteur cause des perturbations de pression fluctuantes qui se propagent et forment des sources de bruit gênantes pour l’environnement. En particulier, le bruit qui se propage dans le conduit d’entrée d’air d’un turboréacteur double flux est presque entièrement dû à la soufflante. De plus, la source principale du bruit tonal est généralement l’interaction entre la soufflante et des éléments stators, tandis que le bruit large bande est dû en particulier à la turbulence.
La source de bruit tonal est principalement le résultat de l’impact périodique des sillages des pales du rotor de soufflante sur les ailettes. Il a été proposé, voir notamment le brevet EP1950383, d’intégrer des cavités formant résonateur de Helmotz dans le stator pour amortir ces excitations acoustiques. Cependant cette solution nécessite de disposer d’une certaine épaisseur dans le stator. Elle n’est pas facilement applicable, même en utilisant la solution préconisée dans le brevet EP1950383, lorsqu’on cherche à avoir des ailettes fines, afin de minimiser les perturbations de l’écoulement en dehors de l’effet redresseur.
Le bruit est amplifié si toutes les parties de l’ailette sont impactées en même temps et que les contributions locales s’additionnent. Par rapport à cela, il est connu (voir par exemple Journal of Engineering Science and Technology Review 6(1) (2013) 59-61) de donner des formes inclinées dans les sens axial et/ou circonférentiel au stator pour favoriser le déphasage entre les sources de bruit localisées sur l’extension de l’aube du stator, par rapport au sillage créé par les pales du rotor.
Cependant, ces formes ne sont pas forcément optimales du point de vue du rendement énergétique du moteur. De plus, dans le cas où le stator serait, par exemple, un pylône ou un bras de carter, ces formes posent des problèmes pour obtenir une tenue structurale permettant de supporter les efforts subis par le stator.
Une solution étudiée, dans l’article de l’AIAA Journal Vol. 51, No.11, Novembre 2013 intitulé «Experimental and Numerical Investigation of Turbulence-Airfoil Noise Réduction Using Wavy Edges (Etude expérimentale et numérique de la réduction de bruit due à la turbulence sur un profil grâce à des extrémités ondulées) », a été de concevoir un bord d’attaque avec des échancrures sinusoïdales pour déphaser les excitations sur les différentes parties du bord d’attaque. Cependant le bord d’attaque n’est pas toujours le seul siège d’une production importante de bruit, en particulier lorsque le profil de l’aube de stator est fortement tridimensionnel. L’invention a pour objectif de réduire efficacement le bruit tonal dû à l’interaction du stator avec le rotor pour une large gamme de formes de stator en s’affranchissant des limitations observées sur les solutions qui viennent d’être citées.
Exposé de l’invention : A cet effet, l’invention concerne un stator destiné à être placé de manière radiale dans un écoulement traversant un ou plusieurs rotors partageant le même axe de rotation, présentant un bord d’attaque et un bord de fuite, lesdits bord d’attaque et bord de fuite étant raccordés par une face intrados et une face extrados, caractérisé en ce que l’une au moins des faces dudit stator présente des ondulations radiales s’étendant axialement du bord d’attaque au bord de fuite, lesdites ondulations radiales présentant au moins deux bosses dans la même direction d’azimut dont l’amplitude est d’au moins un centimètre sur au moins une partie de la longueur axiale du stator.
Les directions radiales et axiales sont indiquées sur le stator en référence à la position qu’il doit occuper par rapport à l’axe de rotation des rotors. Il en est de même de la définition de l’azimut. Par ailleurs, les rotors sont conçus pour tourner dans un sens et induire un écoulement moyen dans une direction axiale donnée. L’écoulement moyen est obtenu en moyennant les valeurs sur au moins une période de rotation des rotors et en éliminant les fluctuations. Il correspond dans le disque des ailettes à un écoulement orienté axialement vers l’aval et mis en rotation dans le sens de rotation des rotors. Les termes de faces extrados et intrados, ainsi que de bord d’attaque et bord de fuite sur le stator sont donc définis en fonction de ce sens de rotation et de cette direction axiale de l’écoulement moyen. L’ondulation radiale d’une face du stator signifie que la ligne de coupe de cette face par un plan transversal à l’axe du rotor ondule dans ce plan. La ligne de coupe présente donc des crêtes orientées successivement dans un sens et dans le sens opposé, par rapport à une direction radiale moyenne. Une bosse est ainsi définie comme la partie de cette ligne qui joint deux crêtes successives orientées dans le même sens. La bosse passe donc par une crête intermédiaire, orientée dans le sens opposé, que l’on appelle ici son sommet. Pour la suite du document, l’orientation de la bosse correspond à l’orientation de son sommet et l’amplitude de la bosse est la distance du sommet à la droite joignant les deux crêtes qui l’entourent. L’invention permet, dans le cas où le stator est en aval du rotor, de déphaser le rayonnement des sources de bruit dues au défilement de la surface du stator dans l’écoulement induit par le ou les rotors. En effet, en décalant grâce aux ondulations radiales la position en azimut de la surface d’au moins l’une des faces, on introduit un déphasage temporel sur le moment où le sillage des pales du rotor rencontre le stator.
Ainsi, les sources de bruit localisées à proximité de la surface du stator provenant de ce mécanisme d’interaction n’émettant pas exactement au même moment au passage du sillage, on évite un effet d’amplification sur le bruit propagé en champ lointain dans les harmoniques liées au fonctionnement du rotor.
Un premier avantage de l’invention tient au fait que les ondulations permettent d’introduire des déphasages par rapport au mouvement de rotation d’ensemble de l’écoulement traversant le stator même si des contraintes, par exemple structurales ou aérodynamiques, ne permettent pas d’utiliser une forme générale du stator présentant une inclinaison dans le sens axial et/ou circonférentiel. Un tel stator, peut être, outre une ailette OGV derrière une soufflante, un pylône assurant le maintien d’un carter ou du moteur, une aube de stator dans un compresseur ou une turbine.
Un deuxième avantage de l’invention tient au fait que, dans le cas où le stator a un profil tridimensionnel, le siège des mécanismes de production de bruit par l’interaction des fluctuations de pression défilant en rotation devant le profil n’est plus localisé au seul bord d’attaque. L’extension des ondulations de surface sur toute l’extension de la corde du stator permet de traiter les sources de bruit localisées sur l’ensemble de cette surface.
Selon l’invention encore, l’amplitude des bosses est d’au moins un centimètre pour avoir un effet significatif sur l’atténuation du bruit tonal. Cette amplitude reste cependant, de préférence, inférieure à dix centimètres.
Les ondulations radiales d’une face correspondent également à des oscillations de l’azimut des points du profil radial entre les sommets de bosses et les crêtes qui les bordent. Ces oscillations en azimut auront avantageusement au moins une amplitude de deux degrés.
Selon l’invention, les ondulations radiales présentent au moins deux bosses. Pour différentes configurations, le nombre de bosses peut être adapté afin de maximiser le déphasage géométrique des sources acoustiques en tenant compte de la répartition des phases en surface du stator. Ce nombre peut être généralement de quatre et atteindre dix.
La solution de l’invention a également comme avantage, en particulier lorsque le stator est en amont du rotor, de créer une perturbation d’ensemble du sillage derrière le stator, avec des oscillations spatiales. Dans cette configuration, ce sont les sources de bruit sur les pales du rotor qui sont déphasées par les oscillations spatiales du sillage du stator, lorsqu’il est traversé par les pales du rotor. On obtient donc également un effet d’atténuation du bruit tonal dans les harmoniques de fonctionnement du rotor par un effet similaire au cas où le stator est en aval. L’invention a encore comme avantage, lorsqu’on applique les ondulations radiales sur une seule face dans certaines configurations, d’induire un déphasage géométrique entre les sources de bruit sur chaque face, caractérisé par une variation d’épaisseur qui varie avec la position radiale. On peut ainsi réduire les niveaux de bruit résultant.
Avantageusement, les ondulations radiales ont une longueur d’onde sensiblement constante suivant l’extension radiale du stator. Autrement dit, ces ondulations ont une répartition régulière entre le bord radial interne et le bord radial externe du stator.
De préférence, l’amplitude des bosses des ondulations radiales est maintenue supérieure à un centimètre du bord d’attaque au bord de fuite.
Conformément à l’un des caractéristiques, la face intrados et la face extrados peuvent présenter des ondulations radiales. Dans ce cas, les ondulations des deux faces peuvent être radiaiement en phase. En particulier, lorsque les ondulations s’étendent sur toute la longueur du stator, cette dernière disposition implique que le bord d’attaque et le bord de fuite sont eux-mêmes ondulés. Cette disposition permet de conserver l’épaisseur du stator sur l’envergure et d’offrir un gain de performance aérodynamique.
Conformément à une autre caractéristique de l’invention, le stator peut comporter une âme agencée pour assurer la tenue mécanique dudit stator et une peau formant les ondulations radiales sur ladite une au moins des faces. L’âme du stator est une pièce de structure s’étendant radialement à l’intérieur qui permet de reprendre les efforts que doit supporter le stator. Cette disposition sépare les fonctions mécaniques et aérodynamiques en offrant de la souplesse pour concevoir la forme du stator. L’invention concerne également un ensemble comprenant un ou plusieurs rotors partageant le même axe de rotation et au moins un stator tel que décrit précédemment, agencé pour être dans l’écoulement traversant lesdits rotors en fonctionnement, en aval ou en amont de ceux-ci.
Avantageusement, les ondulations radiales de la face du stator se propagent axialement en suivant des lignes de courant moyen dans ledit écoulement. Dans l’ensemble propulsif décrit, l’écoulement moyen longe les faces intrados et extrados du stator en allant du bord d’attaque au bord de fuite. Le terme de propagation axiale des ondulations radiales suivant ces lignes de courant veut dire en particulier que la position des bosses et des creux des ondulations radiales en fonction l’abscisse sur l’axe de rotation suit des lignes de courants.
De préférence, le défilement du stator dans ledit écoulement créant sur ladite face ondulée des fluctuations de pression présentant des oscillations de la phase temporelle en fonction de la position radiale, les ondulations radiales de ladite face présentent des maxima et/ou des minima en azimut du profil radial de ladite face à proximité des zones de déphasage moyen nul pour la pression sur la face ondulée. Ainsi, les zones qui rayonnent en phase sont réparties géométriquement suivant des portions de surface du stator sur lesquelles la variation de décalage en azimut autour de l’axe de rotation a un signe constant. Cette variation d’azimut assure un déphasage du bruit émis par ces sources sur la portion de surface correspondante. L’invention concerne en particulier une turbomachine comportant un ensemble tel que décrit précédemment, une couronne d’aubes fixes de guidage forme lesdits stators.
Brève description des figures :
La présente invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 présente en coupe axiale, un schéma de principe de la disposition d’un rotor et d’un stator selon l’invention dans le cas d’une turbomachine à double flux.
La figure 2 présente en perspective un stator selon l’invention derrière un rotor.
La figure 3 présente la répartition des phases des fluctuations de pression dans l’écoulement sur une face d’un stator selon l’invention.
Les figures 4a et 4b présentent en coupe transversale les ondulations de deux modes de réalisation d’un stator selon l’invention.
La figure 5 présente une vue tridimensionnelle d’un stator selon l’invention présentant une augmentation d’épaisseur vers le milieu de la corde.
Description d’un mode de réalisation :
En référence à la figure 1, l’invention concerne en particulier des stators formés par des ailettes 1 OGV, ou aubes fixes placées dans le flux secondaire entrainé par les pales 2 d’une soufflante de turbomachine, tournant autour de l’axe LL de rotation d’un moteur 3.
Les ailettes 1 traversent radialement la veine de l’écoulement secondaire, du carter extérieur 4 du moteur 3 à la nacelle 5. Ainsi que c’est illustré sur la figure 1, chaque ailette 1 est périodiquement impactée par le sillage 6 de chaque pale 2 de la soufflante.
En référence à la figure 2, l’ailette 1 peut être définie par l’évolution de son profil P(R) dans des surfaces de révolution entre la surface du carter 4 et la surface de la nacelle 5. En référence à la figure 2, le profil P(R) évolue par exemple régulièrement à l’intérieur de la veine en fonction du rayon R, ledit rayon R se mesurant entre la position radiale dans la veine et l’axe LL de rotation. Les profils P(R) à la jonction de l’ailette 1 respectivement avec le carter 4 et la nacelle 5, forment les bords radiaux internes 7 et externe 8 de cette ailette 1.
Sur l’exemple de la figure 2, une telle ailette 1 est placée en aval des pales 2 de la soufflante, qui fonctionne, par exemple, en ayant un sens de rotation ω antihoraire. Sur cet exemple, on peut donc définir sur l’ailette par rapport à l’écoulement ayant traversé la soufflante 2, une face extrados 9 et une face intrados 10, ainsi qu’un bord d’attaque 11 et un bord de fuite 12 correspondant aux lignes de jonction des deux faces 9, 10, en amont et en aval dans l’écoulement.
En référence à la figure 2, dans une première variante, l’empilage de ces profils P(R) suit une courbe S, représentée ici sur le bord de fuite 12, qui ondule autour d’une ligne radiale XX. Toujours, sur l’exemple de la figure 2, la forme des profils P(R) est sensiblement constante en fonction du rayon R ; de plus, les faces extrados 9 et intrados 10 sont sensiblement parallèles, séparées par une distance faible par rapport à la longueur de corde dans le sens axial, en dehors des zones de raccord au bord d’attaque 11 et au bord de fuite 12. Les ondulations se propagent donc sur la face extrados 9 et la face intrados 10 de l’ailette 1 avec une amplitude sensiblement constante.
Si l’on restreint le terme de bosse précédemment défini à une déformation locale de la surface correspondant à une ondulation de son profil radial dans un plan de coupe transverse suivant le sens de rotation ω de la soufflante, le sommet (ou la crête) B d’une bosse est une crête correspondant à la position extrême d’une ondulation suivant le sens de rotation ω de la soufflante. Les crêtes C de creux, qui forment les extrémités des bosses, correspondent à la position extrême d'une ondulation dans l’autre sens. L’exemple présenté sur la figure 2 comporte trois bosses et trois creux. D’autres variantes sont envisageables. Les ondulations sur chacune des faces 9, 10, peuvent comporter jusqu’à au moins dix bosses. A l’inverse, le nombre de bosses sera au minimum de deux. Cela correspond, pour des ondulations régulièrement réparties, au fait que l’extension radiale de l’ailette 1 est au minimum égale à une fois et demi la longueur d’onde des ondulations radiales.
La valeur maximale de l’amplitude des bosses, telle qu’elle a été définie au début de la présentation de l’invention, définit celle des ondulations dans un plan de coupe transverse. Typiquement, pour les turbomachines installées sur des avions, l’ailette 1 peut être réalisée en utilisant des amplitudes d’ondulations entre un sommet B de bosse et une crête C de creux pouvant aller au moins jusqu’à 10 cm.
En référence à la figure 4a, cette amplitude correspond approximativement à la somme de la distance di du sommet B d’une bosse sur la courbe S à la ligne radiale XX et de la distance d2 d’une crête C de creux adjacent sur la courbe S à la ligne radiale XX. Pour obtenir les effets voulus en matière de déphasage acoustique, cette amplitude ne sera pas inférieure à 1cm.
Ces chiffres peuvent être transposés en termes de variation de l’azimut Θ entre le sommet B d’une bosse et la crête C d’un creux. Au regard des dimensions typiques d’un turboréacteur avec soufflante, cela correspond au fait que la variation entre l’azimut θΊ du sommet B d’une bosse et l’azimut 02 de la crête C d’un creux adjacent est au minimum d’environ deux degrés.
Un troisième paramètre important dans la définition des ondulations correspond à la façon dont elles se propagent axialement le long d’une face 9, 10 de l’ailette 1, c'est-à-dire la façon dont elles évoluent lorsqu’on fait évoluer le plan de coupe transverse du bord d’attaque 11 au bord de fuite 12.
Sur l’exemple présenté en figure 2, les profils de coupe de l’ailette 1 suivant un rayon étant sensiblement constants, les ondulations suivent des lignes parallèles à l’axe de rotation LL. Elles suivent ainsi approximativement les lignes de courant de l’écoulement moyen autour de l’ailette 1, de façon à minimiser les pertes de charge causées par la présence du stator dans l’écoulement.
Pour diverses raisons, cet écoulement moyen induit par le rotor 2 en fonctionnement peut présenter sur les faces 9, 10 de l’ailette 1 des lignes de courants non alignées avec l’axe de rotation. De préférence, dans une variante de réalisation, on adaptera la loi d’évolution des profils P(R) de l’ailette en fonction du rayon R dans la veine de manière à ce que les ondulations sur au moins l’une des faces 9, 10 suivent les lignes d’écoulement moyen.
Si les lignes d’écoulement moyen varient en fonction du régime de fonctionnement du moteur, cette variante sera adaptée au régime de fonctionnement pour lequel le maximum d’efficacité acoustique est recherché. A titre d’exemple, la figure 3 illustre la façon dont la répartition des ondulations en positionnant les bosses B et les creux C peut être optimisée pour une configuration déterminée de rotor et de stator, et à un régime de fonctionnement donné.
La figure 3 présente une forme typique observée des lignes isophases Φ des fluctuations de pression sur la face extrados 9’ d’une ailette 1’ mis à la place de l’ailette 1 selon l’invention et ayant une face extrados 9’ plane définie par un bord d’attaque 11’ et un bord de fuite 12’ ayant la même position axiale que ceux de l’ailette 1. Si l’on prend pour référence la phase des fluctuations de pression sur la partie aval de la face 9’ de l’ailette Γ, ces courbes isophase Φ montrent que, en allant du bord radial interne 7’ au bord radial externe 8’ dans la partie amont, on passe par des régions ou la pression est successivement en avance de phase puis en retard de phase.
Ce résultat illustre le fait que des fluctuations locales dans l’écoulement, notamment à proximité du sillage d’une pale 2 de la soufflante, se superposent au mouvement d’ensemble périodique dû à la rotation des pales 2 du rotor.
Les ondulations permettent de prendre en compte ces phénomènes pour les atténuer. Les flèches horizontales, devant le bord d’attaque 11’ sur la figure 3, indiquent la manière dont sont positionnées les sommets B des bosses dans une variante qui compte donc, ici, neuf bosses. Dans cette variante, les sommets B des bosses et les crêtes C des creux de l’ailette 1, réalisée avec neuf bosses selon la description précédente, sont localisés entre les lignes d’isophase Φ avec les fluctuations de pression sur la partie aval de la face 9’. Ainsi, les zones qui rayonnent en phase sur la face ondulée extrados 9 de l’ailette 1 sont réparties localement sur des zones où l’azimut des points de la face varie régulièrement. Une telle structure permet une fluctuation des ondes acoustiques interagissant avec la surface de l’ailette 1 en produisant un déphasage des sources par rapport au sillage de la pale 2 du rotor. L’invention a été présentée dans un cas simple, pour une ailette OGV 1 s’étendant de manière essentiellement radiale dans le flux d’écoulement. Cependant elle concerne également des ailettes ayant des formes plus complexes tridimensionnelles, ou, par exemple, d’autres éléments indiqués sur la figure 1. Ce peut être pour une turbomachine : - un stator 13 placé dans le flux primaire après les rotors 14 d’un compresseur ; - un stator 15 placé dans le flux primaire après les rotors 16 d’une turbine ; - un pylône 17 de maintien structural placé dans le flux secondaire.
Dans un mode de réalisation adapté par exemple au stator de compresseur, de turbine ou à une optimisation aérodynamique des ailettes OGV, la courbe S d’empilement radial des profils peut s’écarter notablement d’une ligne radiale. Premièrement, elle peut ne pas être perpendiculaire à l’axe du rotor dans un plan méridien. Deuxièmement elle peut être inclinée dans le sens circonférentiel.
La figure 4b illustre un mode de réalisation de l’invention d’un stator suivant une courbe d’empilement S’ qui ondule autour d’une ligne moyenne X’ qui est inclinée dans le sens circonférentiel par rapport à la ligne radiale XX. Cette variante présente ici deux bosses. Dans ce cas, l’amplitude entre le sommet B d’une bosse et la crête C d’un creux adjacent doit être mesurée en tenant compte de la correction à faire autour de la ligne moyenne X’. Pour cette variante on applique toujours le critère d’amplitude des bosses, ce qui correspond approximativement au fait que la somme des deux écarts d’-ι, d’2 en distance par rapport à la ligne moyenne X’ doit être supérieure à 1cm. Si l’on considère l’écart en azimut, en négligeant les évolutions de X’, cela amène toujours à appliquer le critère indiquant qu’un écart angulaire 0’r0’2 d’au moins 2 degrés entre le sommet B d’une bosse et la crête C d’un creux adjacent doit être respecté. D’autres modes de réalisation peuvent également être obtenus en jouant sur l’épaisseur du stator. Dans l’exemple présenté sur la figure 2, l’épaisseur peut être considéré comme négligeable. Les faces 9, 10 de l’ailette 1 sont dans ce cas deux surfaces légèrement décalées dans le sens circonférentiel, qui suivent les mêmes ondulations par rapport à une surface plane.
Dans une variante de réalisation, en référence à la figure 5, les faces extrados 9 et intrados 10 peuvent correspondre à un empilement de profils P(R) dont l’épaisseur varie en fonction de la corde. Ces variations d’épaisseurs peuvent être justifiées par des considérations aérodynamiques et/ou des considérations structurales.
Dans une variante de réalisation, elles permettent de ne pas faire onduler les surfaces extrados et intrados de la même manière. Par exemple, une surface peut être ondulée et l’autre pas.
Dans un mode de réalisation illustré sur la figure 5, les deux faces 9, 10 du stator sont ondulées. Par contre, ce stator est réalisé avec une structure interne 18 formant une âme apportant une résistance structurale et une « peau » 19, qui l’entoure et qui réalise les faces extrados 9 et intrados 10 du stator interagissant avec l’écoulement.
Ainsi que c’est illustré sur la figure 5, l’épaisseur du profil P(R) permet de donner une forme sensiblement rectiligne à l’âme 18, peu ou pas du tout influencée par les ondulations des surfaces 9, 10. Cela permet de réaliser plus facilement les performances structurales, en particulier si le stator est un pylône 17 devant maintenir des éléments du moteur 3.

Claims (8)

  1. Revendications
    1. Ensemble comprenant un ou plusieurs rotors (2) partageant te même axe de rotation (LL) et au moins un stator (1) agencé pour être placé de manière radiale dans un écoulement traversant te ou lesdits rotors (2), en aval ou en amont de ceux-ci, ledit stator (1) présentant un bord d’attaque (11) et un bord de fuite (12), lesdits bord d’attaque (11) et bord de fuite (12) étant raccordés par une face intrados (10) et une face extrados (9), caractérisé en ce que l’une au moins des faces (9, 10) dudit stator présente des ondulations radiales s’étendant axiatement du bord d’attaque (11) au bord de fuite (12), lesdites ondulations radiales présentant au moins deux bosses (B) dans la même direction d'azimut dont l’amplitude est d’au moins un centimètre sur au moins une partie de la longueur axiale du stator (1), et en ce que, le défilement du stator (1) dans ledit écoulement créant sur ladite face ondulée (9, 10) des fluctuations de pression présentant des oscillations de la phase temporelle en fonction de la position radiale (R), tes ondulations radiales de ladite face (9,10) présentent des maxima et/ou des minima en azimut à proximité des zones de déphasage moyen nul pour la pression sur la face ondulée (9, 10),
  2. 2. Ensemble selon la revendication précédente, dans lequel les ondulations radiales ont une longueur d’onde sensiblement constante suivant l’extension radiale du stator.
  3. 3. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’amplitude des bosses (B) des ondulations radiales est maintenue supérieure à un centimètre du bord d’attaque (11) au bord de fuite (12).
  4. 4. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la face intrados (10) et la face extrados (9) présentent des ondulations radiales.
  5. 5. Ensemble selon la revendication précédente, dans lequel les ondulations des deux faces (9, 10) sont radiaiement en phase.
  6. 8. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, comportant une âme (18) agencée pour assurer la tenue mécanique dudit stator et une peau (19) formant les ondulations radiales sur ladite au moins une des faces (9, 10).
  7. 7. Ensemble selon la revendication précédente, dans lequel les ondulations radiales se propagent axialement en suivant des lignes de courant moyen dans ledit écoulement.
  8. 8. Turbomachine comportant un ensemble selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel une couronne d’aubes fixes (1) de guidage forme lesdits stators.
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6377172B2 (ja) * 2014-11-04 2018-08-22 三菱電機株式会社 プロペラファン、プロペラファン装置および空気調和装置用室外機
FR3043428B1 (fr) * 2015-11-10 2020-05-29 Safran Aircraft Engines Aube de redresseur de turbomachine
GB2544526B (en) * 2015-11-20 2019-09-18 Rolls Royce Plc Gas turbine engine
US20170198793A1 (en) * 2016-01-07 2017-07-13 Caterpillar Inc. Torque converters and methods for assembling the same
US10578126B2 (en) * 2016-04-26 2020-03-03 Acme Engineering And Manufacturing Corp. Low sound tubeaxial fan
FR3062432B1 (fr) * 2017-01-30 2020-11-13 Safran Aircraft Engines Profil ameliore de bord d'attaque d'aubes
CN109114019A (zh) * 2017-06-23 2019-01-01 博格华纳公司 轴向风扇
US20190078450A1 (en) * 2017-09-08 2019-03-14 United Technologies Corporation Inlet guide vane having a varied trailing edge geometry
FR3073016B1 (fr) * 2017-10-30 2019-10-18 Safran Aircraft Engines Modulation des serrations en extremite d'aube
FR3078101B1 (fr) * 2018-02-16 2020-11-27 Safran Aircraft Engines Turbomachine a bec de separation de flux a profil en serrations
JP7104379B2 (ja) 2019-02-07 2022-07-21 株式会社Ihi 軸流型のファン、圧縮機及びタービンの翼の設計方法、並びに、当該設計により得られる翼
GB202216057D0 (en) * 2022-10-31 2022-12-14 Rolls Royce Plc Flow splitter

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3572962A (en) * 1969-06-02 1971-03-30 Canadian Patents Dev Stator blading for noise reduction in turbomachinery
US3745629A (en) * 1972-04-12 1973-07-17 Secr Defence Method of determining optimal shapes for stator blades
US4720239A (en) * 1982-10-22 1988-01-19 Owczarek Jerzy A Stator blades of turbomachines
JP2003227302A (ja) * 2002-02-04 2003-08-15 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 伴流混合促進翼
US8083487B2 (en) * 2007-07-09 2011-12-27 General Electric Company Rotary airfoils and method for fabricating same
US8573541B2 (en) * 2010-09-13 2013-11-05 John Sullivan Wavy airfoil
FR2983261B1 (fr) * 2011-11-24 2014-11-28 Aircelle Sa Aube de redressement de flux d'air pour moteur d'aeronef et structure de redressement de flux associee
US9121294B2 (en) * 2011-12-20 2015-09-01 General Electric Company Fan blade with composite core and wavy wall trailing edge cladding
US9249666B2 (en) * 2011-12-22 2016-02-02 General Electric Company Airfoils for wake desensitization and method for fabricating same
US20150217851A1 (en) * 2012-08-16 2015-08-06 Richard Kelso Wing configuration

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