FR3043132A1 - Aube non-carenee de redresseur - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne une aube (30) non-carénée de redresseur (3) d'une turbomachine (1), définie par une pluralité de sections empilées selon une direction radiale du redresseur (3) entre une extrémité proximale et une extrémité distale de l'aube (30), chaque section étant associée à une hauteur suivant ladite direction radiale et s'étendant entre un bord d'attaque (BA) et une bord de fuite (BF) de l'aube (30), l'aube (30) étant caractérisée en ce que la courbe représentant la position axiale du bord d'attaque (BA) pour chaque section en fonction de la hauteur de ladite section entre une hauteur nulle correspondant à l'extrémité proximale de l'aube (30) et une hauteur maximale correspondant à l'extrémité distale de l'aube (30), comprend au moins des premier, deuxième et troisième intervalles successifs de monotonie tels que ladite courbe est décroissante sur les premier et troisième intervalles, et croissante sur le deuxième intervalle.
Description
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
La présente invention concerne une géométrie d’aube non carénée de redresseur de turbomachine de type USF.
ETAT DE L’ART
Les moteurs à soufflantes « non carénées » (ou « Open Rotor ») sont un type de turbomachine dont la soufflante est située en dehors du carter, contrairement aux turboréacteurs classiques (de type « Turbofan ») dans lesquels la soufflante est carénée. Les architectures Open rotor incluent notamment les turbopropulseurs, les UDF (« Unducted Fan » également dénommés « Contra-Rotating Open Rotor » ou CROR ou Rotor ouvert contrarotatif en français) ainsi que les USF (« Unducted Single Fan »). L’architecture USF, représenté par la figure 1, est une architecture double flux dont la soufflante est constituée de deux étages d’aubes non carénées. L’étage amont est mobile alors que l’étage aval est fixe et joue le rôle d’un redresseur. Le flux d’air entourant la nacelle et qui traverse les hélices est alors appelé flux secondaire et génère une grande partie de la poussée, par opposition au flux d’air qui traverse le générateur de gaz appelé flux primaire et qui permet de générer la puissance nécessaire à actionner l’étage d’aubes mobiles. Dans le cas d’un USF, l’étage d’aubes fixes permet de générer un excédent de poussée en limitant la giration du flux secondaire en sortie de l’étage amont.
Cette architecture permet d’égaler les performances d'un turboréacteur tout en conservant une consommation spécifique de carburant similaire à celle d'un turbopropulseur en exploitant un rendement propulsif particulièrement élevé. En effet, le fait que la soufflante ne soit plus carénée permet d'augmenter le taux de dilution en augmentant très significativement le débit du flux secondaire.
De façon générale, le dimensionnement d’une aube de turbomachine induit de nombreuses contraintes. Dans le cas des redresseurs, cela inclut des contraintes aérodynamiques et acoustiques (performance, niveau de bruit, etc.) et mécaniques (tenue aux chargements statiques, dynamiques synchrones et asynchrones, tenue à l’impact, durée de vie, etc.).
Sur une architecture USF, le dimensionnement des aubes de redresseur qui forment l’étage aval de la soufflante USF aux phénomènes de dynamique asynchrone dont un exemple typique est représenté par la figure 2a, est un élément tout particulièrement complexe.
En effet, la réponse aéroélastique d’une aube est principalement conditionnée par son épaisseur et sa flèche. Or les aubes du redresseur USF sont minces et possèdent une forte flèche ; elles sont donc flexibles et se déforment sous les chargements aérodynamiques qui lui sont imposés. Les modélisations analytiques ou numériques sont très complexes car ces modèles doivent inclure des représentations de champ aérodynamique 3D (pression, vitesse, température, etc.) puisque les aubes adjacentes ont un impact sur le champ et donc sur la charge aérodynamique de chacune. De plus, dans le cas des aubes de redresseur USF, et contrairement aux aubes mobiles de l’étage amont de la soufflante, les pales ne sont pas rigidifiées par l’effet centrifuge ce qui implique qu’elles sont d’autant plus sensibles aux phénomènes dynamiques asynchrones.
Enfin, contrairement à ce qui se passe dans un redresseur caréné (de type OGV sur les turbomachines à double flux classiques), l’extrémité distale d’une aube de redresseur USF est libre et n’est pas retenue ce qui rend l’enseignement de l’art antérieur relatif aux turbomachines classiques inadapté en ce qui concerne la problématique de dimensionnement aux phénomènes dynamique.
Ces phénomènes de couplage aéroélastique entre l’élasticité de la mécanique et le champ de pression de l’aérodynamique peuvent être appréciés via une grandeur empirique simplifiée appelée TBC (pour « Twist Bend Coupling ») qui s’exprime en fonction de l’envergure de l’aube. Le TBC permet à une hauteur donnée et pour un mode donné, de déterminer le rapport entre l'amplitude de la torsion et l'amplitude de la flexion sur la section d’aube étudiée. Le calcul du TBC d’une aube de redresseur est ainsi révélateur de sa sensibilité aux phénomènes dynamiques asynchrones de type flottement en fonctionnement.
La caractérisation du TBC se fait par le calcul de l’amplitude de torsion et l’amplitude de flexion en fonction de l’envergure. Ces amplitudes sont déduites de l’analyse modale autour de la géométrie en fonctionnement à un point de vol donné. Pour un mode donné et pour une section donnée, la torsion se caractérise par un angle ψ de rotation du profil aérodynamique alors que la flexion est caractérisée par les deux longueurs de la translation (contribution en sens corde TCh0rd et contribution en sens orthogonal à la corde). De façon imagée, la torsion entraîne des déplacements contraires d’un bord d’attaque BA et d’un borde de fuite BF de l’aube, alors que la flexion entraîne des déplacements similaires de ces bords d’attaque BA et de fuite BF de l’aube. Le TBC s’exprime par la formule TBC où c est la longueur de la corde à l’envergure
2 T ^ 1 chord étudiée.
La valeur du TBC se rapporte à la fréquence réduite ou nombre de TC X C X /
Strouhal qui se déduit par fred =-—, où f est la fréquence du mode
W étudié, c est la longueur de la corde à l’envergure étudiée et W est la vitesse relative d’une particule fluide dans le repère de l’aube à l’envergure étudiée.
Dans un diagramme TBC/fréquence réduite, l’aube est jugée susceptible d’être sensible au flottement si le point est placé au dessus d’une courbe de stabilité recalée expérimentalement. Cette courbe est une fonction croissante de la fréquence réduite.
Par la suite, la stabilité sera apprécié par la marge au TBC, c'est-à- dire la distance algébrique —TBCcntenon (fred ) 0(^ 7BCcritenon est la | TBCcnte,on(fred] fonction représentative de la courbe de stabilité qui permet de donner la valeur limite de stabilité pour la fréquence réduite fred du mode étudié. La valeur de ce quotient est donc positive lorsque le TBC est dans le domaine instable et négative lorsqu’il est dans le domaine stable. La frontière entre la zone stable et la zone instable est donc l’axe des abscisses.
Les précautions pour un meilleur contrôle des phénomènes aéroélastiques consistent en plusieurs recommandations géométriques comme la réduction de l’allongement et de la flèche, une augmentation de l’épaisseur ou plus généralement une modification des profils d’épaisseur le long de la corde.
Or la réduction de l’allongement et de la flèche réduiraient significativement les performances aérodynamiques, alors qu’une augmentation de l’épaisseur conduit à une augmentation importante de la masse.
En référence à la figure 4, qui compare la stabilité au flottement (couple TBC/fréquence réduite) pour le mode 1F et sur la section en tête d’aube d’une géométrie de référence du type de celle de la figure 2a (notée A1) avec des versions modifiées, il a par conséquent été testé d’une part des épaississements et d’autre part des modifications apportées à la loi d’empilage. La modification d’empilage a consisté en un déplacement vers l’amont de la position axiale (dans la direction de l’axe moteur) des sections empilées en fonction de l’envergure. L’empilage a été modifié au dessus du ventre de la pale sans modifier la pente de la loi d’empilage.
Dans le premier cas, ont été testés des épaississements de +20%, +27% et +38% de l’épaisseur maximale de la section aérodynamique proximale par rapport à la géométrie de référence A1, conduisant à des géométries notées respectivement A21, A22 et A23 sur la figure 4.
Dans le second cas, ont été testées deux lois d’empilage axial en déplaçant respectivement de -2% et -4% de la hauteur maximale de l’aube l’empilage entre le ventre et la tête de pale par rapport à la géométrie de référence A1, conduisant à des géométries respectivement notées A31 et A32 sur la figure 4a, et représentées sur la figure 3a.
Dans le cas de l’épaississement, on constate sur la figure 4a que la distance avec la zone stable diminue alors que la fréquence réduite augmenté. L’effet est donc bénéfique mais l’augmentation de masse nécessaire afin de passer dans la zone stable du mode 1F est simplement inenvisageable.
Dans le cas de la modification d’empilage axial, on constate que la distance avec la zone stable diminue mais la modification à apporter pour rentrer dans la zone stable implique une modification très importante de l’empilage axial ce qui n’est pas envisageable pour respecter les performances aérodynamiques.
Il serait donc souhaitable de trouver une nouvelle géométrie d’aube de redresseur non-carénée qui présente trois avantages importants : Diminution très importante du TBC,
Augmentation de la fréquence et de la fréquence réduite, Diminution de l’inertie de la pale.
PRESENTATION DE L’INVENTION
La présente invention propose selon un premier aspect une aube non-carénée de redresseur d’une turbomachine, définie par une pluralité de sections empilées selon une direction radiale du redresseur entre une extrémité proximale et une extrémité distale de l’aube, chaque section étant associée à une hauteur suivant ladite direction radiale et s’étendant entre un bord d’attaque et une bord de fuite de l’aube, l’aube étant caractérisée en ce que la courbe représentant la position axiale du bord d’attaque pour chaque section en fonction de la hauteur de ladite section entre une hauteur nulle correspondant à l’extrémité proximale de l’aube et une hauteur maximale correspondant à l’extrémité distale de l’aube, comprend au moins des premier, deuxième et troisième intervalles successifs de monotonie tels que ladite courbe est décroissante sur les premier et troisième intervalles, et croissante sur le deuxième intervalle.
Cette géométrie permet de réduire considérablement la valeur du TBC pour le mode 1F en tête d’aube jusqu’à placer le point de dessin (point de fonctionnement haute vitesse) loin sous l’axe des abscisses, confortablement dans le domaine de stabilité du mode 1F. Il est important des noter qu’avec une telle modification, la masse de l’aube n’est pas augmentée.
Le deuxième avantage est une augmentation de la fréquence propre du mode 1F ce qui permet de disposer d’un levier efficace pour rigidifier l’aube sans épaissir le pied et donc sans augmenter la masse.
Le dernier avantage et non le moins significatif est la possibilité de réduire l’inertie de l’aube. En effet, les aubes d’une soufflante USF, à l’étage amont comme à l’étage aval, sont montées sur un système de changement de calage qui vise à adapter la poussée et améliorer les performances aérodynamiques en modifiant le calage des aubes en fonction du point de vol. La réduction de l’empreinte de l’aube (en particulier dans le plan de rotation soufflante) permet donc de réduire la masse sur l’ensemble des pièces de la chaîne cinématique et sur les actionneurs qui pilotent le calage de l’aube ce qui implique un gain de masse en cascade.
Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives : • la position axiale du bord d’attaque au niveau de ladite extrémité proximale est en aval de la position axiale du bord d’attaque au niveau de ladite extrémité distale ; • la position axiale du bord d’attaque au niveau de ladite extrémité proximale est la plus en aval sur la hauteur de l’aube ; • la différence entre les positions axiales du bord d’attaque au niveau de ladite extrémité proximale et au niveau de ladite extrémité distale est entre 5% et 9% de la hauteur maximale de l’aube ; • lesdits premier, deuxième et troisième intervalles définissent l’ensemble de la hauteur de ladite aube ; • le premier intervalle s’étend entre ladite hauteur nulle et une première hauteur d’inversion de courbure comprise entre 30% et 50% de la hauteur maximale de l’aube ; • la différence entre les positions axiales du bord d’attaque au niveau de la première hauteur d’inversion et au niveau de ladite extrémité distale est entre 4% et 6% de la hauteur maximale de l’aube ; • le troisième intervalle s’étend entre une deuxième hauteur d’inversion de courbure comprise entre 70% et 95% de la hauteur maximale de l’aube, et ladite hauteur maximale ; • ladite deuxième hauteur d’inversion est comprise entre 80% et 85% de la hauteur maximale de l’aube ; • la différence entre les positions axiales du bord d’attaque au niveau de la deuxième hauteur d’inversion et au niveau de ladite extrémité distale est entre 4% et 6% de la hauteur maximale de l’aube ; • une pente de ladite courbe est inférieure à 40% au niveau des points présentant une position axiale du bord d’attaque égale à la position axiale du bord d’attaque au niveau de ladite extrémité distale ; • ladite pente est comprise entre 30% et 38%.
Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un redresseur pour une turbomachine comprenant au moins une aube selon le premier aspect de l’invention.
Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives : • le redresseur comprend une pluralité d’aubes disposées régulièrement sur une circonférence du redresseur.
Selon un troisième aspect, l’invention concerne une turbomachine de type « Unducted Single-Fan » comprenant une soufflante non-carénée et un redresseur selon le deuxième aspect de l’invention
PRESENTATION DES FIGURES D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre d’un mode de réalisation préférentiel. Cette description sera donnée en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente un exemple de turbomachine de type USF; - les figures 2a-2b comparent une aube non carénée connue, et une selon l’invention; - les figures 3a-3b illustrent des courbes représentant la position axiale du bord d’attaque pour chaque section d’aubes présentant des géométries connues ou selon l’invention en fonction de la hauteur de ladite section ; - la figure 4 permet de comparer la stabilité desdites aubes présentant des géométries connues ou selon l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE
Aubes de redresseur en Z
Sur la figure 1, la turbomachine non-carénée de type USF représentée comprend une turbine 4, une soufflante 2 à aubes 20 non-carénées (la soufflante 2 est mobile en rotation, i.e. un organe de rotor) et un redresseur 3 également à aubes 30 non-carénées. La pluralité d’aubes 20, 30 s’étendant radialement depuis le carter de la turbine 4.
On comprendra bien que par redresseur on entend par définition un organe de stator fixe (i.e. non mobile en rotation) par rapport au carter de la turbine 4, par contraste avec des hélices arrière de turbomachines de type « Contra-Rotating Open Rotor »|[HM(i], qui sont équipées de deux hélices tournant dans des sens opposés.
La présente invention concerne une aube 30 non-carénée de redresseur 3, du type de la figure 2b. Comme il sera expliqué plus loin, cette aube 30 est en particulier « en Z », par opposition aux aubes connues qui n’ont qu’une courbure formant un ventre 300. L’aube 30 définie par une pluralité de sections empilées selon une direction radiale du redresseur 3 (i.e. la direction selon laquelle les aubes 30 s’étendent, qui est orthogonale à l’axe de rotation de la soufflante 2 c’est-à-dire l’axe longitudinal de la turbomachine 1) entre une extrémité proximale et une extrémité distale de l’aube 30. L’extrémité proximale est l’extrémité liée au carter, et l’extrémité distale est celle libre. Chaque section est associée à une hauteur (z) suivant ladite direction radiale. En particulier, la hauteur z=0 correspond à l’extrémité proximale, et z=hmax (la hauteur de l’aube 30, i.e. la hauteur maximale) correspond à l’extrémité distale. Est plutôt utilisée la hauteur normalisée (z’) exprimée en fraction de hauteur et correspond à z/hmax. En d’autre termes, z’=0 correspond à l’extrémité proximale, et z’=1 correspond à l’extrémité distale.
Par ailleurs, chaque section s’étend entre un bord d’attaque BA et un bord de fuite BF de l’aube 30.
Chaque point d’une section est associée à un couple de coordonnées (x,y) correspond respectivement à une coordonnée axiale (i.e. selon la direction donnée par l’axe longitudinal de la turbomachine 1) et une coordonnées tangentielle (i.e. selon la direction de déplacement d’une aube 20 lorsque la soufflante 2 est mise en rotation, cette direction est orthogonale à la direction radiale dans le plan de rotation de la soufflante 2). La position axiale croit en allant de l’amont vers l’aval. L’axe des x et l’axe des z sont visibles sur la figure 1.
En référence à la figure 3a précédemment décrite, qui compare trois géométries connues d’aube 30 de redresseur, on représente une courbe représentant la position axiale (préférentiellement adimensionnée comme on va le voir) du bord d’attaque BA pour chaque section en fonction de la hauteur de ladite section entre z’=0 correspondant à l’extrémité proximale de l’aube 30 et z’=1 correspondant à l’extrémité distale de l’aube 30. Ici, la courbe est représentée verticalement par analogie avec la nature de l’aube 30 qui s’étend dans le sens de la hauteur, mais on comprendra que c’est la position axiale du bord d’attaque BA qui est fonction de la hauteur et non l’inverse.
De façon préférée, ladite courbe représente un paramètre dit x’BA qui représente la position axiale (i.e. x/hmax) du bord d’attaque BA exprimée par rapport à la hauteur maximale à une constante près telle que x’BA=0 à l’extrémité distale de l’aube 30.
En d’autres termes x’BA(z’)=xBA(z’)/hmax + k, avec k choisie telle que x’BA(1)=0.
La figure 3b représente le même paramètre x’ pour trois exemples d’aubes 30 cette fois conforme à la présente invention. On remarque la géométrie en « Z » due à la présence d’une seconde inversion de courbure 301 (voir figure 2b) outre le ventre 300.
Plus spécifiquement, la courbe représentant la position axiale du bord d’attaque BA pour chaque section en fonction de la hauteur de ladite section (représentée sur la figure 3b) comprend au moins des premier, deuxième et troisième intervalles successifs de monotonie tels que ladite courbe est décroissante sur les premier et troisième intervalles, et croissante sur le deuxième intervalle.
Mathématiquement, cela peut être traduit en disant que dx’/dz’ présente au moins deux valeurs nulles, avantageusement exactement deux valeurs nulles correspondant aux deux inversions de courbure 300 et 301 (correspondant respectivement aux points de délimitations des trois intervales), c’est-à-dire que lesdits premier, deuxième et troisième intervalles définissent l’ensemble de la hauteur de ladite aube 30 entre z’=0 et z’=1, en d’autres termes encore que ladite courbe est seulement décroissante, puis croissante, puis décroissante entre lesdites extrémités proximales et distales de l’aube 30. Ainsi le premier intervalle s’étend de la hauteur nulle jusqu’à la hauteur de la première inversion de courbure, le deuxième intervalle s’étend de la hauteur de la première inversion de courbure jusqu’à la hauteur de la deuxième inversion de courbure, et le troisième intervalle s’étend de la hauteur de la deuxième inversion de courbure jusqu’à la hauteur maximale.
Sur ces figures, A411 et A42 sont deux géométries d’aubes différant par le déplacement axial du ventre 300 (respectivement de -2% ou -4% de la hauteur maximale comme sur la figure 3a), et A412 correspond à A411 dans laquelle la hauteur de la deuxième inversion a été modifiée. Comme l’on verra plus loin, cette dernière géométrie est la préférée. Détails de la géométrie
On note que des formes d’aubes avec une inversion de courbure supérieure 301 sont connues, mais d’une part uniquement pour des pièces de rotor et/ou carénées, c’est-à-dire avec des contraintes physiques toutes autres, et surtout avec des géométries globales radicalement différentes.
Par exemple, la demande FR3009589 décrit une aube de redresseur caréné (i.e. d’OGV) présente une forme sans ventre 300 mais avec la deuxième inversion de courbure 301. Plus précisément, ladite courbe représentant x’ en fonction de z’ est uniquement croissante puis décroissante (voir figure 5 de cette demande), et surtout présente des valeurs très négatives de x’ au niveau de l’extrémité proximale d’aube.
Au contraire la présente géométrie est avantageusement telle que la position axiale du bord d’attaque BA au niveau de ladite extrémité proximale est en aval de la position axiale du bord d’attaque BA au niveau de ladite extrémité distale, i.e. que x’(0) soit positif. De façon encore plus préférée, la position axiale du bord d’attaque BA est la plus en aval sur l’aube, i.e. Vz' G [0;l],x'(z') < x(0).
Cela fait que ladite position axiale du bord d’attaque BA au niveau de l’extrémité proximale est en aval de la position axiale du bord d’attaque BA au niveau de l’inversion de courbure 301.
En pratique, cela correspond par exemple à des valeurs de x’ d’au moins +0.05 (i.e. un écart de position axiale entre les extrémités proximale et distale de l’aube 30 d’au moins 5% de la hauteur maximale), notamment entre +0.05 et +0.09 (i.e. un écart de position axiale entre les extrémités proximale et distale de l’aube 30 entre 5% et 9% de la hauteur maximale), en particulier autour de +0.07 (i.e. 7% de la hauteur maximale).
Par ailleurs, la première hauteur d’inversion de courbure (i.e. la hauteur du ventre 300, c’est-à-dire la première valeur nulle de dx’/dz’) est préférentiellement comprise entre 30% et 50% de la hauteur maximale de l’aube 30. Similairement, la deuxième hauteur d’inversion de courbure (i.e. la hauteur de la courbure 301, c’est-à-dire la deuxième valeur nulle de dx’/dz’) est préférentiellement comprise entre 70% et 95% (de façon encore plus préférée entre 80% et 85%, en particulier environ 82%) de la hauteur maximale de l’aube 30, et ladite hauteur maximale. A ce titre, la géométrie A412 correspond à une hauteur de deuxième inversion de courbure de 82%.
En référence à la figure 4 précédemment mentionnée, on constate que les géométries A411 et A42 (qui ont en commun une deuxième hauteur d’inversion de courbure à 90%) présentent des résultats similaires améliorant déjà sensiblement la stabilité : la fréquence réduite est très légèrement augmentée et le TBC de la section en tête d’aube diminué de sorte que la distance à la courbe de stabilité est fortement réduite La géométrie A412 (82%) améliore quant à elle très fortement les performances avec une franche entrée dans la zone de stabilité.
En ce qui concerne les positions axiales des première et deuxième inversions de courbure, l’une et/ou l’autre sont avantageusement telles que la différence entre les positions axiales du bord d’attaque BA au niveau de la première/deuxième hauteur d’inversion et au niveau de ladite extrémité distale est entre 4% et 6% de la hauteur maximale de l’aube 30.
En d’autres termes, x’BA est avantageusement entre -0.06 et -0.04 (autour de -0.05) pour la première inversion de courbure 300 (il s’agit de la position axiale minimale de l’aube), et x’BA est avantageusement entre +0.04 et +0.06 (autour de +0.05) pour la deuxième inversion de courbure 301 (soit un niveau proche de la position axiale au niveau de l’extrémité proximale).
La forme globale de ladite courbe représentant la position axiale du bord d’attaque BA en fonction de la hauteur est de préférence choisie la plus douce possible. Cela signifie que la valeur de la dérivée dx’/dz’ est maintenue limitée, et elle prend notamment au niveau des points Zj tels que x’(Zj)=0 (il y en a au moins un sur le deuxième intervalle, et avantageusement un deuxième sur le premier intervalle comme représenté dans les figures) une dérivée dxVdz’(Zj) inférieure en valeur absolue à 0.4, avantageusement comprise en valeur absolue entre 0.3 et 0.38. On note qu’une dérivée dx’/dz’ de 0.01 correspond à une pente de 0.01 fois la hauteur maximale de l’aube 30 par hauteur maximale de l’aube 30, soit une pente de 1%. En d’autres termes, les pentes ci-avant correspondent à des pentes de moins de40%, avantageusement entre 30 et 38%.
Ces points zi correspondent à peu près aux points de dérivée maximale de ladite courbe.
Redresseur et turbomachine
Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un redresseur 3 non-caréné comprenant typiquement un disque et une ou plusieurs des présentes aubes (avantageusement disposées régulièrement).
Est également proposé une turbomachine 1 de type USF équipé d’une soufflante 2 et un tel redresseur.
Claims (15)
- REVENDICATIONS1. Aube (30) non-carénée de redresseur (3) d’une turbomachine (1), définie par une pluralité de sections empilées selon une direction radiale du redresseur (3) entre une extrémité proximale et une extrémité distale de l’aube (30), chaque section étant associée à une hauteur suivant ladite direction radiale et s’étendant entre un bord d’attaque (BA) et une bord de fuite (BF) de l’aube (30), l’aube (30) étant caractérisée en ce que la courbe représentant la position axiale du bord d’attaque (BA) pour chaque section en fonction de la hauteur de ladite section entre une hauteur nulle correspondant à l’extrémité proximale de l’aube (30) et une hauteur maximale correspondant à l’extrémité distale de l’aube (30), comprend au moins des premier, deuxième et troisième intervalles successifs de monotonie tels que ladite courbe est décroissante sur les premier et troisième intervalles, et croissante sur le deuxième intervalle.
- 2. Aube selon la revendication 1, dans laquelle la position axiale du bord d’attaque (BA) au niveau de ladite extrémité proximale est en aval de la position axiale du bord d’attaque (BA) au niveau de ladite extrémité distale.
- 3. Aube selon la revendication 2, dans laquelle la position axiale du bord d’attaque (BA) au niveau de ladite extrémité proximale est la plus en aval sur la hauteur de l’aube (30).
- 4. Aube selon l’une des revendications 2 et 3, dans laquelle la différence entre les positions axiales du bord d’attaque (BA) au niveau de ladite extrémité proximale et au niveau de ladite extrémité distale est entre 5% et 9% de la hauteur maximale de l’aube (30).
- 5. Aube selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle lesdits premier, deuxième et troisième intervalles définissent l’ensemble de la hauteur de ladite aube (30).
- 6. Aube selon l’une des revendications 1 à 5, dans laquelle le premier intervalle s’étend entre ladite hauteur nulle et une première hauteur d’inversion de courbure comprise entre 30% et 50% de la hauteur maximale de l’aube (30).
- 7. Aube selon la revendication 6, dans laquelle la différence entre les positions axiales du bord d’attaque (BA) au niveau de la première hauteur d’inversion et au niveau de ladite extrémité distale est entre 4% et 6% de la hauteur maximale de l’aube (30).
- 8. Aube selon l’une des revendications 1 à 7, dans laquelle le troisième intervalle s’étend entre une deuxième hauteur d’inversion de courbure comprise entre 70% et 95% de la hauteur maximale de l’aube (30), et ladite hauteur maximale.
- 9. Aube selon la revendication 8 dans laquelle ladite deuxième hauteur d’inversion est comprise entre 80% et 85% de la hauteur maximale de l’aube (300).
- 10. Aube selon l’une des revendications 8 et 9, dans laquelle la différence entre les positions axiales du bord d’attaque (BA) au niveau de la deuxième hauteur d’inversion et au niveau de ladite extrémité distale est entre 4% et 6% de la hauteur maximale de l’aube (30).
- 11. Aube selon l’une des revendications 1 à 10, dans laquelle une pente de ladite courbe est inférieure à 40% au niveau des points présentant une position axiale du bord d’attaque (BA) égale à la position axiale du bord d’attaque (BA) au niveau de ladite extrémité distale.
- 12. Aube selon la revendication 11 dans laquelle ladite pente est comprise entre 30% et 38%.
- 13. Redresseur (2) pour une turbomachine (1) comprenant au moins une aube (30) selon l’une des revendications 1 à 12.
- 14. Redresseur selon la revendication 13, comprenant une pluralité d’aubes (30) selon l’une des revendications 1 à 12 disposées régulièrement sur une circonférence du redresseur (3).
- 15. Turbomachine (1) de type « Unducted Single-Fan» comprenant une soufflante (2) non-carénée et un redresseur (3) selon l’une des revendications 13 et 14.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR1560356A FR3043132B1 (fr) | 2015-10-29 | 2015-10-29 | Aube non-carenee de redresseur |
Applications Claiming Priority (1)
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FR1560356A FR3043132B1 (fr) | 2015-10-29 | 2015-10-29 | Aube non-carenee de redresseur |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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FR3043132A1 true FR3043132A1 (fr) | 2017-05-05 |
FR3043132B1 FR3043132B1 (fr) | 2017-10-20 |
Family
ID=54708059
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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FR1560356A Active FR3043132B1 (fr) | 2015-10-29 | 2015-10-29 | Aube non-carenee de redresseur |
Country Status (1)
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FR (1) | FR3043132B1 (fr) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR3082230A1 (fr) * | 2018-06-11 | 2019-12-13 | Safran Aircraft Engines | Moteur d'aeronef a rotor non carene avec adaptation des aubes de stator |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009103528A2 (fr) * | 2008-02-19 | 2009-08-27 | Paolo Pietricola | Aubes paramétriques dotées d’une inclinaison sinusoïdale ou de profils à arcs elliptiques |
EP2607231A2 (fr) * | 2011-12-20 | 2013-06-26 | General Electric Company | Surfaces portantes comprenant un profil de pointe pour la réduction de bruit et son procédé de fabrication |
EP2669475A1 (fr) * | 2012-06-01 | 2013-12-04 | Techspace Aero S.A. | Aube a profil en S de compresseur de turbomachine axiale, compresseur et turbomachine associée |
-
2015
- 2015-10-29 FR FR1560356A patent/FR3043132B1/fr active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009103528A2 (fr) * | 2008-02-19 | 2009-08-27 | Paolo Pietricola | Aubes paramétriques dotées d’une inclinaison sinusoïdale ou de profils à arcs elliptiques |
EP2607231A2 (fr) * | 2011-12-20 | 2013-06-26 | General Electric Company | Surfaces portantes comprenant un profil de pointe pour la réduction de bruit et son procédé de fabrication |
EP2669475A1 (fr) * | 2012-06-01 | 2013-12-04 | Techspace Aero S.A. | Aube a profil en S de compresseur de turbomachine axiale, compresseur et turbomachine associée |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR3082230A1 (fr) * | 2018-06-11 | 2019-12-13 | Safran Aircraft Engines | Moteur d'aeronef a rotor non carene avec adaptation des aubes de stator |
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FR3043132B1 (fr) | 2017-10-20 |
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