FR3093136A1 - Carter d’entree pour une turbomachine d’aeronef - Google Patents

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Abstract

Carter d’entrée (10) pour une turbomachine d’aéronef, comportant une rangée annulaire d’aubes (16) s’étendant sensiblement radialement par rapport à un axe du carter (18), chacune de ces aubes comportant un bras fixe (22) amont et un volet mobile (24) aval, le volet mobile comportant un intrados (38) et un extrados (40) et étant monté pivotant autour d’un axe sensiblement radial et déplaçable entre une première position dans laquelle il s’étend dans le prolongement axial du bras fixe et une seconde position dans laquelle il est incliné par rapport au bras fixe, le carter d’entrée comportant en outre un système d’étanchéité (52) situé entre le bras fixe et le volet mobile de chaque aube et comportant une première languette (56) assurant une étanchéité entre le bras fixe et l’extrados du volet mobile, sur sensiblement toute son étendue radiale, caractérisé en ce que le système d’étanchéité comprend une seconde languette (54) assurant une étanchéité entre le bras fixe et l’intrados du volet mobile, sur sensiblement toute son étendue radiale, et en ce que des passages (58, 62) d’air de dégivrage sont prévus entre la seconde languette et le volet mobile, ou dans le volet mobile, pour l’écoulement d’un flux d’air de dégivrage depuis le bras fixe sur l’intrados du volet mobile. Figure pour l'abrégé : figure 4

Description

CARTER D’ENTREE POUR UNE TURBOMACHINE D’AERONEF
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne un carter d’entrée pour une turbomachine d’aéronef.
Arrière-plan technique
L’état de la technique comprend notamment les documents FR-A1-2 908 828 et FR-A1-2 857 699.
Les moteurs d’aéronef peuvent présenter un carter de stator situé à l’amont d’un compresseur basse pression, ce carter de stator étant communément appelé carter d’entrée. Ceci est surtout vrai pour les moteurs militaires, de par les spécificités de leurs sollicitations mécaniques.
Un carter d’entrée comprend une rangée annulaire d’aubes s’étendant sensiblement radialement par rapport à un axe du carter qui est confondu avec l’axe longitudinal de la turbomachine.
Pour des questions d’opérabilité du compresseur basse pression il est souvent nécessaire de pouvoir modifier l’angle d’incidence du flux d’air arrivant dans le compresseur basse pression. Ceci est usuellement réalisé en faisant varier l’angle de calage des aubes du carter d’entrée en amont du compresseur.
Chaque aube du carter d’entrée est donc en général décomposée en deux parties (cf. figure 1) :
  • un bras fixe amont assurant la reprise des efforts mécaniques, et
  • un volet mobile aval (généralement en aluminium) permettant le pilotage de l’angle d’incidence du flux d’air traversant le carter d’entrée. Ce volet mobile comporte un intrados et un extrados et est monté pivotant autour d’un axe sensiblement radial de manière à pouvoir être déplacé entre une première position dans laquelle il s’étend dans le prolongement axial du bras fixe et une seconde position dans laquelle il est incliné par rapport au bras fixe.
Ces moteurs d’avion doivent fonctionner dans une large plage de conditions de fonctionnement, incluant des conditions givrantes. Lorsque les volets sont givrés, on ne peut plus les faire pivoter, ce qui implique que le moteur ne puisse plus monter en régime après démarrage. Le moteur n’est donc plus opérable.
Il est donc nécessaire d’être capable d’empêcher l’accrétion de glace sur le carter d’entrée, et notamment entre le volet mobile et le bras fixe.
Ce dégivrage est généralement réalisé en utilisant de l’air chaud prélevé dans un compresseur. La circulation de cet air est assurée en le laissant s’écouler depuis les fortes pressions au niveau du compresseur vers les basses pressions au niveau du carter d’entrée. L’air ainsi prélevé a donc un coût sur la performance globale du moteur puisque le travail fourni pour augmenter sa pression est perdu lorsqu’il sort au niveau du carter d’entrée. On cherche donc à limiter le débit d’air nécessaire au dégivrage du carter d’entrée.
Une des solutions de dégivrage existante est de faire circuler de l’air chaud uniquement dans les bras fixes du carter d’entrée, et de laisser s’échapper l’air dans la veine juste en amont du volet mobile afin de le dégivrer aussi. Plusieurs sorties sont agencées sur toute la hauteur du bras fixe et orientées en regard du volet mobile. Chaque sortie d’air est conçue de manière à ce que l’air forme un jet qui impacte le bord d’attaque du volet mobile et circule autour de celui-ci (cf. figure 2).
L’inconvénient de cette solution est que dans les conditions givrantes, correspondant à des faibles vitesses de rotation et donc une forte inclinaison des volets, un écoulement cisaillant se crée entre le bras et le volet perturbant ainsi le dégivrage du volet (cf. figure 3). En effet, cet écoulement cisaillant modifie l’écoulement de l’air chaud autour du volet engendrant une baisse de son efficacité de dégivrage. L’air chaud circulant majoritairement au niveau de la surface extrados, la surface intrados nécessite le dégivrage en particulier.
Le document FR-A1-2 908 828 de la Déposante décrit une solution dans laquelle un système d’étanchéité est situé entre le bras fixe et le volet mobile de chaque aube d’une roue directrice d’entrée, et comporte une languette qui assure une étanchéité entre le bras fixe et l’extrados du volet mobile, sur sensiblement toute son étendue radiale. L'air chaud de dégivrage diffusé sur l'extrémité amont du volet mobile n'est ainsi plus aspiré vers l'extrados et peut donc s'écouler le long de l'intrados sans provoquer de décollement de flux.
La présente invention propose un perfectionnement à cette technologie, qui est simple, efficace et économique et permet d’optimiser l’étanchéité entre le bras fixe et le volet mobile de chaque aube ainsi que le dégivrage du volet mobile.
L’invention propose un carter d’entrée pour une turbomachine d’aéronef, comportant une rangée annulaire d’aubes s’étendant sensiblement radialement par rapport à un axe du carter, chacune de ces aubes comportant un bras fixe amont et un volet mobile aval, le volet mobile comportant un intrados et un extrados et étant monté pivotant autour d’un axe sensiblement radial et déplaçable entre une première position dans laquelle il s’étend dans le prolongement axial du bras fixe et une seconde position dans laquelle il est incliné par rapport au bras fixe, le carter d’entrée comportant en outre un système d’étanchéité situé entre le bras fixe et le volet mobile de chaque aube et comportant une première languette assurant une étanchéité entre le bras fixe et l’extrados du volet mobile, sur sensiblement toute son étendue radiale, caractérisé en ce que le système d’étanchéité comprend une seconde languette assurant une étanchéité entre le bras fixe et l’intrados du volet mobile, sur sensiblement toute son étendue radiale, et en ce que des passages d’air de dégivrage sont configurés de manière à permettre l’écoulement d’un flux d’air de dégivrage issu du bras fixe et canalisé entre la première et la deuxième languettes sur l’intrados du volet mobile.
L’invention propose ainsi une double étanchéité entre le bras fixe et le volet mobile de chaque aube du carter d’entrée, une première étanchéité étant réalisée par la première languette entre le bras fixe et l’extrados du volet mobile, et une seconde étanchéité étant réalisée par la seconde languette entre le bras fixe et l’intrados du volet mobile. Ces deux languettes assurent ainsi une étanchéité à l’extrémité amont du volet mobile, entre son intrados et son extrados. Le flux d’air de dégivrage qui parvient dans cette zone peut être guidé sans fuite vers les passages prévus entre la seconde languette et le volet mobile, ou dans le volet mobile, pour l’écoulement d’un flux d’air de dégivrage depuis le bras fixe sur l’intrados du volet mobile notamment.
Le carter d’entrée selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
  • lequel les passages d’air de dégivrage sont prévus entre la seconde languette et le volet mobile, ou dans le volet mobile,
  • la seconde languette est gaufrée et définit avec l’intrados du volet mobile une série de passages d’air de dégivrage le long de son étendue radiale,
  • la seconde languette est sensiblement plane et prend appui sur l’intrados du volet mobile, cet intrados comportant une série d’encoches le long de son étendue radiale définissant les passages d’air de dégivrage,
  • les passages sont formés par des canaux internes formés dans le volet mobile et comportant chacun une extrémité amont débouchant à l’amont du volet mobile, entre les première et seconde languettes, et une extrémité aval débouchant sur l’intrados du volet mobile,
  • la seconde languette est rapportée et fixée, par exemple par soudage ou collage, à une extrémité aval du bras fixe, et est en appui glissant à une extrémité amont du volet mobile,
  • la première languette est rapportée et fixée, par exemple par soudage ou collage, à une extrémité amont du volet mobile, et est en appui glissant à une extrémité aval du bras fixe,
  • la première languette est rapportée et fixée dans un renfoncement de l’extrémité amont du volet mobile de façon à ce qu’une surface externe de cette première languette soit alignée avec l’extrados du volet mobile,
  • les première et seconde languettes sont élastiquement déformables,
  • les première et seconde languettes sont réalisées en élastomère ou en métal,
-- les première et seconde languettes définissent entre elles une cavité alimentée en air de dégivrage par le bras fixe,
-- le bras fixe est tubulaire et comprend des sorties d’air de dégivrage entre les languettes, et donc dans la cavité précitée,
-- le bras fixe est configuré pour être alimenté en air de dégivrage.
L’invention concerne encore une turbomachine comportant un carter d’entrée tel que décrit ci-dessus.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
la figure 1 est une vue schématique partielle et en coupe axiale d’un carter d’entrée d’une turbomachine d’aéronef,
la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale d’une aube du carter d’entrée de la figure 1, l’aube comportant un bras fixe amont et un volet mobile aval qui est situé dans une première position,
la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2, le volet mobile de l’aube étant situé dans une seconde position,
la figure 4 est une vue schématique partielle en coupe transversale d’une aube d’un carter d’entrée selon l’invention, l’aube comportant un bras fixe amont et un volet mobile aval qui est situé dans une première position,
la figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 4, le volet mobile de l’aube étant situé dans une seconde position,
la figure 6 est une vue schématique partielle en perspective d’une variante de réalisation d’une aube d’un carter d’entrée selon l’invention,
la figure 7 est une vue schématique partielle en perspective d’une autre variante de réalisation d’une aube d’un carter d’entrée selon l’invention,
la figure 8 est une vue schématique en coupe transversale d’une autre variante de réalisation d’une aube d’un carter d’entrée selon l’invention, dont le volet mobile aval est situé dans une première position, et
la figure 9 est une vue similaire à celle de la figure 8, le volet mobile de l’aube étant situé dans une seconde position.
Description détaillée de l'invention
Les figures 1 à 3 ont été décrites brièvement dans ce qui précède.
La figure 1 représente schématiquement la partie avant ou amont d'une turbomachine qui comprend un carter d’entrée 10 disposé en aval d'un cône d'entrée 12 et à l'entrée d'un compresseur non représenté.
Dans la présente demande, les expressions « amont » et « aval » font référence à l’écoulement des gaz dans la turbomachine.
Le carter d’entrée 10 comprend une pluralité d'aubes 16 sensiblement radiales qui sont régulièrement réparties autour de l'axe longitudinal 18 de la turbomachine et sont reliées à leurs extrémités radialement externes à une enveloppe cylindrique 20.
Chaque aube 16 du carter d’entrée 10 comprend une partie amont immobile appelée bras fixe 22 et une partie aval appelée volet mobile 24 qui est déplaçable en pivotement à son extrémité amont autour d'un axe sensiblement radial. L'orientation des volets mobiles 24 des aubes 16 permet d’orienter le flux d'air 26 alimentant les étages du compresseur en fonction du régime de fonctionnement de la turbomachine.
Le bras fixe 22 de chaque aube est relié rigidement par son extrémité radialement externe à l’enveloppe 20 et par son extrémité radialement interne à un moyeu central 14.
Comme cela est visible en figure 2, le bras fixe 22 a un profil externe aérodynamique. Le bras 22 est creux et comprend une cavité interne 28 de circulation d'air chaud, comme cela sera décrit plus en détail dans ce qui suit.
Dans l’exemple non limitatif représenté, les cavités internes 28 des bras fixes 22 des aubes 16 communiquent à leurs extrémités radialement externes avec une enceinte annulaire d'alimentation 32 qui s'étend autour de l’enveloppe 20 et est reliée par des moyens appropriés à des moyens de prélèvement d'air chaud sur le compresseur de la turbomachine.
A son extrémité aval, le bras fixe 22 comprend une gorge radiale 34 qui débouche vers l'aval et au fond de laquelle sont prévus des orifices 36 de passage d’air.
Le volet mobile 24 de chaque aube 16 a une forme profilée axialement et comprend un intrados 38, et un extrados 40 reliés à l’amont par un bord d’attaque 41 et à l’aval par un bord de fuite 42. Le volet mobile 24 est monté pivotant à son extrémité amont par l'intermédiaire d'un pivot radialement interne 44 centré et guidé dans des moyens appropriés du moyeu central 14, et d'un pivot radialement externe 46 centré et guidé dans des moyens appropriés de l’enveloppe 20 (figure 1).
De façon connue, les extrémités radialement externes des pivots externes 46 de chaque volet mobile 24 sont reliées par des biellettes à un anneau de commande qui s'étend autour de l’enveloppe 20 et qui est lui-même associé à des moyens d'actionnement (non représentés) permettant de le faire tourner dans un sens ou dans l'autre autour de l'axe longitudinal 18 de la turbomachine pour entraîner les volets mobiles 24 des aubes 16 en rotation autour de leurs pivots 44, 46. Ces pivots 44, 46 définissent l’axe de pivotement du volet 24.
Le volet 24 est déplaçable autour de l'axe entre une première position dans laquelle il est sensiblement aligné avec le bras fixe 22 de l'aube (figure 2), et une seconde position d'inclinaison maximale dans laquelle le volet mobile est écarté angulairement de la première position (d'environ 30 à 70° et préférentiellement entre 40 et 50°), du côté de l'intrados de l'aube (figure 3).
L'air chaud qui est amené dans la gorge 34 du bras fixe 22 de l'aube est diffusé à travers les orifices 36 du bras au niveau du bord d’attaque du volet mobile (flèche 48 sur les figures 2 et 3). Cet air chaud est destiné à s'écouler le long de l'intrados 38 du volet mobile, quelle que soit la position du volet mobile, et à réchauffer l'ensemble du volet mobile par conduction thermique.
L'extrémité aval du bras fixe 22 de l'aube est séparée de l'extrémité amont du volet mobile 24 de l'aube par un jeu axial qui provoque dans la technique antérieure, du fait de la différence de pression entre l'air situé du côté de l'intrados et l'air situé du côté de l'extrados, l'écoulement vers l'extrados d'une partie de l'air chaud diffusée à travers les orifices 36, ainsi qu’un écoulement d’air froid cisaillant 50 entre le bras et le volet perturbant ainsi le dégivrage du volet (figure 3). En effet, cet écoulement cisaillant modifie l’écoulement de l’air chaud autour du volet engendrant une baisse de son efficacité de dégivrage. L’air chaud ne circule majoritairement qu’au niveau de la surface extrados et pas au niveau de la surface intrados qui nécessite le dégivrage en particulier.
L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients au moyen d'un système d’étanchéité 52 situé entre le bras fixe 22 et le volet mobile 24 de chaque aube 16.
Selon l’invention, ce système d’étanchéité 52 comporte deux languettes 54, 56 de préférence indépendantes et élastiquement déformables. Les languettes 54, 56 sont par exemple réalisées en élastomère ou en métal.
Une première languette 56 assure une étanchéité entre le bras fixe 22 et l’extrados 40 du volet mobile 24, sur sensiblement toute son étendue radiale. La seconde languette 54 assure une étanchéité entre le bras fixe 22 et l’intrados 38 du volet mobile 24, sur sensiblement toute son étendue radiale.
La seconde languette 54 a une forme allongée en direction radiale et comprend un bord longitudinal amont 54a qui est de préférence fixé, par exemple par soudage ou collage sur l’extrémité aval du bras fixe 22 et par exemple sur une paroi interne de la gorge 34.
Le bord longitudinal aval 54b de la languette 54 est de préférence en appui glissant sur l’intrados 38 du volet mobile 22. Les figures 6 et 7 illustrent deux variantes de réalisation de cette zone.
Dans le cas de la figure 6, la languette 54 est gaufrée et présente une forme générale ondulée au niveau de son bord 54b qui comprend des portions planes en appui glissant sur l’intrados 38 du volet mobile, et des portions incurvées en C ou U qui définissent avec l’intrados des passages 58 d’air de dégivrage. La languette 54 peut ainsi définir une série de passages 58 d’air de dégivrage le long de l’étendue radiale de l’aube.
Dans le cas de la figure 7, la languette 54 est plane (sur toute son étendue radiale) et est en appui glissant sur l’intrados du volet mobile qui comprend des encoches 60 définissant avec la languette 54 des passages 58 d’air de dégivrage, répartis le long de l’étendue radiale de l’aube.
La première languette 56 a une forme allongée en direction radiale et comprend un bord longitudinal aval 56b qui est de préférence fixé, par exemple par soudage ou collage sur l’extrémité amont du volet mobile 24, et en particulier sur son extrados 40.
Le bord longitudinal amont 56a de la languette 56 est de préférence en appui glissant sur l’extrémité aval du bras fixe, et de préférence sur une paroi interne de sa gorge 34.
Comme on le voit aux figures 4 et 5, quelle que soit la position du volet mobile 24, la souplesse des languettes 54, 56 assure des contacts étanches avec le bras fixe et le volet mobile.
En fonctionnement, de l’air de dégivrage circule depuis la cavité interne 28 du bras fixe à travers les orifices 36. Cet air s’écoule jusqu’à l’extrémité amont du volet mobile et ensuite le long de son intrados à travers les passages 58 précités.
Les figures 8 et 9 illustrent une variante de réalisation de l’invention qui diffère du mode de réalisation des figures 4 et 5 notamment en ce que :
  • la languette 54 est plane et est en appui glissant sur l’intrados 38 du volet mobile qui ne présente pas d’encoche ; il n’y a ainsi pas de passages d’air prévus ici entre la languette 54 et le volet mobile 24,
  • les passages d’air de ventilation sont ici formés par des canaux internes 62 formés dans le volet mobile 24 (et répartis régulièrement sur toute sa hauteur radiale) et comportant des extrémités amont débouchant sur l’extrémité amont du volet mobile pour être en communication fluidique avec la gorge 34, et des extrémités aval débouchant sur l’intrados, au voisinage du bord de fuite du volet mobile.
Par ailleurs, la languette 56 est rapportée et fixée dans un renfoncement 64 de l’extrémité amont du volet mobile 24 de façon à ce qu’une surface externe 56c de cette languette 56 soit alignée avec l’extrados 40 du volet mobile. Cette configuration permet de limiter les perturbations et décollement de flux en fonctionnement dans le flux d’air qui traverse le carter d’entrée.

Claims (11)

  1. Carter d’entrée (10) pour une turbomachine d’aéronef, comportant une rangée annulaire d’aubes (16) s’étendant sensiblement radialement par rapport à un axe du carter (18), chacune de ces aubes comportant un bras fixe (22) amont et un volet mobile (24) aval, le volet mobile comportant un intrados (38) et un extrados (40) et étant monté pivotant autour d’un axe sensiblement radial et déplaçable entre une première position dans laquelle il s’étend dans le prolongement axial du bras fixe et une seconde position dans laquelle il est incliné par rapport au bras fixe, le carter d’entrée comportant en outre un système d’étanchéité (52) situé entre le bras fixe et le volet mobile de chaque aube et comportant une première languette (56) assurant une étanchéité entre le bras fixe et l’extrados du volet mobile, sur sensiblement toute son étendue radiale, caractérisé en ce que le système d’étanchéité comprend une seconde languette (54) assurant une étanchéité entre le bras fixe et l’intrados du volet mobile, sur sensiblement toute son étendue radiale, et en ce que des passages (58, 62) d’air de dégivrage sont configurés de manière à permettre l’écoulement d’un flux d’air de dégivrage issu du bras fixe et canalisé entre la première et la deuxième languettes sur l’intrados du volet mobile.
  2. Carter d’entrée (10) selon la revendication précédente, dans lequel les passages (58, 62) d’air de dégivrage sont prévus entre la seconde languette et le volet mobile, ou dans le volet mobile.
  3. Carter d’entrée (10) selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel la seconde languette (54) est gaufrée et définit avec l’intrados (38) du volet mobile (24) une série de passages (58) d’air de dégivrage le long de son étendue radiale.
  4. Carter d’entrée (10) selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel la seconde languette (54) est sensiblement plane et prend appui sur l’intrados (38) du volet mobile (24), cet intrados comportant une série d’encoches (60) le long de son étendue radiale définissant les passages (58) d’air de dégivrage.
  5. Carter d’entrée (10) selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel les passages d’air de dégivrage sont formés par des canaux internes (62) formés dans le volet mobile (24) et comportant chacun une extrémité amont débouchant à l’amont du volet mobile, entre les première et seconde languettes (54, 56), et une extrémité aval débouchant sur l’intrados (38) du volet mobile.
  6. Carter d’entrée (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la seconde languette (54) est rapportée et fixée, par exemple par soudage ou collage, à une extrémité aval du bras fixe (22), et est en appui glissant à une extrémité amont du volet mobile (24).
  7. Carter d’entrée (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la première languette (56) est rapportée et fixée, par exemple par soudage ou collage, à une extrémité amont du volet mobile (24), et est en appui glissant à une extrémité aval du bras fixe (22).
  8. Carter d’entrée (10) selon la revendication précédente, dans lequel la première languette (56) est rapportée et fixée dans un renfoncement (64) de l’extrémité amont du volet mobile (24) de façon à ce qu’une surface externe (56c) de cette première languette soit alignée avec l’extrados (40) du volet mobile.
  9. Carter d’entrée (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les première et seconde languettes (54, 56) sont élastiquement déformables.
  10. Carter d’entrée (10) selon la revendication précédente, dans lequel les première et seconde languettes (54, 56) sont réalisées en élastomère ou en métal.
  11. Turbomachine d’aéronef, comportant un carter d’entrée (10) selon l’une des revendications précédentes.
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