FR3118786A1 - Ensemble de redressement - Google Patents

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Abstract

Ensemble de redressement d’un flux d’air, moteur à mono flux, moteur à double flux et aéronef, l’ensemble comprenant une pluralité d’aubes de redressement réparties autour d'un axe de révolution de l'ensemble de redressement, pour chaque aube de redressement, une corde de l’aube de redressement, prise au niveau d’un pied de l’aube de redressement, ne chevauchant pas, dans la direction de l’axe révolution, une corde d’une aube de redressement adjacente, prise au niveau d’un pied de l’aube de redressement adjacente, et une corde de l’aube de redressement, prise au niveau d’une tête de l’aube de redressement , chevauchant, dans la direction de l’axe de révolution, une corde de l’aube de redressement adjacente, prise au niveau d’une tête de l’aube de redressement adjacente. Figure pour l’abrégé : Fig. 2

Description

Ensemble de redressement
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un ensemble de redressement. Elle concerne plus particulièrement un ensemble de redressement configuré pour redresser un flux d’air généré par une soufflante.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Les ensembles de redressement, grilles de redresseurs ou OGV pour « Outlet Guide Vane » en anglais, permettent de redresser le flux d'air généré par la soufflante, tout en limitant les pertes liées à ce redressement.
La représente un ensemble ENS de redressement connu. Cet ensemble ENS de redressement est compris dans un module MOD. Le module MOD comprend également une soufflante SOU.
La soufflante SOU comprend des aubes de soufflante AUBSOU configurées pour générer un flux d’air.
L’ensemble ENS de redressement comprend une pluralité d’aubes de redressement AUB. Chaque aube de redressement AUB est fixée par une extrémité, dite de pied, reliée à un moyeu MO. L’autre extrémité de l’aube de redressement AUB est nommée extrémité de tête. On parle alors du pied et de la tête de l’aube de redressement AUB.
Pour améliorer les moteurs actuels, on rencontre des difficultés d’ordre aérodynamique au niveau de l’ensemble de redressement ENS. En effet le nombre d’aubes de redressement AUB doit être suffisant pour éviter les premiers modes acoustiques générateurs de bruit important. De plus, les aubes de redressement AUB doivent être rapprochées pour guider l’écoulement du flux d’air, même au niveau de la tête où la distance entre deux aubes de redressement AUB consécutives est maximale. On définit le rayon en tête d’aubage comme étant le rayon entre la tête des aubes de redressement AUB et le centre du moyeu MO. On définit le rayon en pied d’aubage comme étant le rayon entre le pied des aubes de redressement AUB et le centre du moyeu MO. Lorsque les aubes de redressement AUB sont de grande taille et donc que le rayon en tête d’aubage est grand par rapport au rayon en pied d’aubage, on doit trouver un compromis entre :
- un nombre d’aubes qui permet d’avoir une distance entre la tête de deux aubes de redressement AUB consécutives suffisamment faible, et
- un nombre d’aubes qui permet d’avoir une distance entre le pied de deux aubes de redressement AUB consécutives suffisamment élevée pour permettre l’intégration des différentes aubes de redressement AUB sur le moyeu MO et qui permet un passage d’air (appelé aussi canal inter aube) suffisamment large pour éviter un blocage du flux d’air traversant l’ensemble ENS de redressement.
On connait aussi la demande de brevet français FR-3 090 033 qui décrit un turbomoteur dans lequel un ensemble de redressement est placé en amont de plusieurs bifurcations. Cependant ces bifurcations n’ont pas pour effet de redresser le flux et ce redressement est réalisé principalement par l’ensemble de redressement. Ces bifurcations ont principalement pour effet de fournir un carénage intégrant un certain nombre d'éléments reliant le moteur à l'avion (de type canalisations, échangeurs de chaleur, câbles électriques, arbres d'entraînement mécanique, pièces structurales du système de suspension du moteur, etc.) et de séparer le flux d’air généré par la soufflante SOU en plusieurs secteurs.
Il y a donc un besoin pour un nouveau type d’ensembles de redressement d’un flux d’air permettant de maximiser une distance séparant le pied de deux aubes successives et de minimiser une distance séparant leurs têtes.
A cet effet, on prévoit selon l'invention un ensemble de redressement d’un flux d’air comprenant une pluralité d’aubes de redressement réparties autour d'un axe de révolution de l'ensemble de redressement, pour chaque aube de redressement, une corde de l’aube de redressement, prise au niveau du pied de l’aube de redressement, ne chevauchant pas, dans la direction de l’axe de révolution, une corde d’une aube de redressement adjacente, prise au niveau du pied de l’aube de redressement adjacente, et une corde de l’aube de redressement, prise au niveau de la tête de l’aube de redressement , chevauchant, dans la direction de l’axe de révolution, une corde de l’aube de redressement adjacente, prise au niveau de la tête de l’aube de redressement adjacente.
Cet ensemble de redressement permet de doubler la distance entre le pied de deux aubes successives sans changer la distance entre leurs têtes. Ce doublement facilite la fixation des aubes au niveau du moyeu. Ceci permet de fixer les aubes plus facilement, dans le cas de moteurs à très grand taux de dilution (UHBR pour Ultra High Bypass Ratio en anglais), dans le cas de soufflante entrainée par des moteurs électriques et dans le cas de moteurs sans compresseur primaire intégré en aval de l’ensemble de redressement, par exemple dans le cas d’un moteur monocanal.
De plus, le bord d’attaque d’une partie des aubes de redressement est plus éloigné du bord de fuite des aubes de soufflante, ce qui permet de limiter le bruit de la soufflante.
De fait, la forme du canal de sortie de l’air pourra éventuellement être implémentée plus bas et donc conduira à une réduction du maitre couple du moteur et donc de sa masse. On peut aussi réduire la longueur de la nacelle en ayant plus de libertés sur les solutions pour gérer l’acoustique du moteur.
Par ailleurs cette disposition facilite l’implantation de l’orifice d’éjection permettant l’extraction du flux d’air primaire quand le moteur fonctionne par exemple au ralenti. Cet orifice d’éjection est aussi connu sous l’expression anglaise Variable Bleed Valve VBV. Ainsi les grilles de sortie de conduit de vanne de décharge VBV sont implantés à proximité des pieds des OGV en paroi intérieure de flux secondaire
Dans un mode de réalisation une distance entre la tête de l’aube de redressement et l’axe de révolution est sensiblement identique pour toutes les aubes de redressement.
Dans un mode de réalisation une distance entre le pied de l’aube de redressement et l’axe de révolution est sensiblement identique pour toutes les aubes de redressement.
Ce mode de réalisation est avantageux dans le cas d’un moteur dans lequel le redresseur est sur une même veine (flux secondaire seulement pour un moteur double flux ou flux unique pour un moteur à simple flux) par exemple à « monoflux » avec générateur de gaz déporté.
Dans un mode de réalisation une distance, entre le pied de l’aube de redressement et l’axe de révolution, et une distance, entre le pied de l’aube de redressement adjacente et l’axe de révolution, sont différentes.
Ce mode de réalisation est avantageux dans le cas d’un moteur dans lequel les pieds d’OGV sont dans des veines différentes (flux secondaire) et en amont de flux primaire par exemple moteur à double flux.
Un autre aspect de l’invention concerne un module de soufflante qui comprend une soufflante et un ensemble de redressement tel décrit ci-dessus. L’ensemble de redressement est placé en aval de la soufflante.
Un autre aspect de l’invention concerne un moteur à double flux comprenant l’ensemble de redressement ou le module de soufflante. Le moteur à double flux comprend aussi un générateur de puissance.
Un autre aspect de l’invention concerne un moteur à mono flux comprenant l’ensemble de redressement ou le module de soufflante. Le moteur mono flux comprend aussi un générateur de puissance délocalisé.
Un autre aspect de l’invention concerne un aéronef comprenant un moteur à double flux ou un moteur à mono flux.
DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles :
La , décrite précédemment, représente un ensemble de redressement connu dans un module de soufflante.
La représente un premier mode de réalisation du module de l’invention.
La représente un deuxième mode de réalisation du module de l’invention.
Les figures 4-a à 4-c représentent des aéronefs mettant en œuvre le deuxième mode de réalisation du module de l’invention.
La représente un troisième mode de réalisation du module de l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
La représente un module de soufflante MOD comprenant une soufflante SOU et un ensemble de redressement ENS de type OGV pour « Outlet Guide Vane » en anglais. Ce module est intégré dans un turbomoteur (non représenté sur la ) permettant par exemple la motorisation d’un aéronef (non représenté sur la ).
Dans la suite, l'amont et l'aval sont définis par rapport au sens d'écoulement normal du flux d’air au travers de la turbomachine et plus particulièrement au travers de la soufflante SOU et de l’ensemble de redressement ENS. La module MOD présente un axe longitudinal X. Le module MOD est sensiblement symétrique par rapport à cet axe X. Une direction axiale correspond à la direction de l'axe X. Une direction radiale est une direction perpendiculaire à cet axe X et passant par lui. Sauf précision contraire, les termes interne et externe sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie ou la face interne d'un élément est plus proche de l'axe X que la partie ou la face externe du même élément.
Lorsque le module MOD est intégré dans le turbomoteur, le module MOD est placé dans la partie amont du turbomoteur.
Le module MOD comprend un carter de soufflante CEXT de forme cylindrique. Un axe de révolution du carter de soufflante CEXT est l’axe X.
La soufflante SOU comprend un rotor de soufflante ROT dont une partie amont est de forme sensiblement conique. La soufflante SOU comprend des aubes de soufflante AUBSOU liées au rotor ROT et s’étendant radialement jusqu’à une zone très proche de la face interne du carénage extérieur CEXT.
La soufflante SOU permet de générer le flux traversant la turbomachine. L’ensemble de redressement ENS permet de redresser le flux d’air provenant de la soufflante SOU.
L’ensemble de redressement ENS comprend une pluralité d’aubes AUB de redressement qui s’étendent radialement autour de l’axe X.
Les aubes de redressement AUB ont un pied EXTP localisé à une extrémité de l’aube de redressement AUB la plus proche de l’axe X et une tête EXTT localisée à une extrémité de l’aube de redressement AUB la plus éloignée de l’axe X. Les aubes AUB de redressement ont un bord d'attaque, un bord de fuite, une surface intrados et une surface extrados. Les aubes AUB de redressement présentent des cordes ou lignes de cambrure s’étendant du bord d’attaque au bord de fuite. La corde est la ligne à mi-distance entre la surface intrados et la surface extrados de l'aube AUB.
Pour chaque aube de redressement AUB, on définit deux aubes de redressement AUB adjacentes, une aube de redressement AUB adjacente dans le sens horaire et une aube de redressement AUB adjacente dans le sens anti-horaire. Les sens horaire et anti-horaire sont pris en considérant l’ensemble de redressement ENS avec la partie amont orientée vers l’utilisateur.
L’aube de redressement AUB adjacente dans le sens horaire à une première aube de redressement AUB est l’aube de redressement AUB succédant dans le sens horaire à la première aube de redressement AUB et pour laquelle l’angle entre un premier axe perpendiculaire à l’axe X et passant par le bord d’attaque au niveau du pied de la première aube de redressement AUB et un deuxième axe perpendiculaire à l’axe X et passant par le bord d’attaque au niveau du pied de la aube de redressement AUB adjacente dans le sens horaire est minimal.
L’aube de redressement AUB adjacente dans le sens anti-horaire à une première aube de redressement AUB est l’aube de redressement AUB succédant dans le sens anti-horaire à la première aube de redressement AUB et pour laquelle l’angle entre un premier axe perpendiculaire à l’axe X et passant par le bord d’attaque au niveau du pied de la première aube de redressement AUB et un deuxième axe perpendiculaire à l’axe X et passant par le bord d’attaque au niveau du pied de la aube de redressement AUB adjacente dans le sens anti-horaire est minimal.
Les aubes de redressement AUB sont réparties de manière équidistante autour de l’axe X de révolution de l'ensemble de redressement ENS.
Par réparties de manière équidistante on comprend qu’un angle, entre un premier axe perpendiculaire à l’axe X et passant par le bord d’attaque d’une aube de redressement AUB et un deuxième axe perpendiculaire à l’axe X et passant par le bord d’attaque d’une aube de redressement AUB adjacente à l’aube, a une valeur absolue sensiblement constante, quelle que soit l’aube de redressement AUB considérée.
Quelle que soit l’aube de redressement AUB considérée, la corde COP au niveau du pied de l’aube de redressement AUB considérée ne chevauche pas axialement la corde COP au niveau du pied d’une aube de redressement AUB adjacente à l’aube de redressement AUB considérée.
Quelle que soit l’aube de redressement AUB considérée, la corde COT au niveau de la tête de l’aube de redressement AUB considérée chevauche axialement la corde COT au niveau de la tête d’une aube de redressement AUB adjacente à l’aube de redressement AUB considérée.
Pour chaque aube de redressement AUB, la corde COP au niveau du pied chevauche axialement la corde COP au niveau du pied d’une aube de redressement AUB deux fois adjacente (horaire ou anti-horaire) à l’aube de redressement AUB considérée.
Par aube de redressement AUB deux fois adjacente dans le sens horaire à une première aube de redressement AUB, on comprend l’aube de redressement AUB adjacente dans le sens horaire à une aube de redressement horaire AUB adjacente dans le sens horaire à la première aube de redressement AUB.
Par aube de redressement AUB deux fois adjacente dans le sens anti-horaire à une première aube de redressement AUB, on comprend l’aube de redressement AUB adjacente dans le sens anti-horaire à une aube de redressement anti-horaire AUB adjacente dans le sens horaire à la première aube de redressement AUB.
Ainsi les aubes de redressement AUB sont réparties en deux groupes de taille identique. Les aubes de redressement AUB d’un premier groupe ont le bord d’attaque, au niveau de la tête de l’aube de redressement AUB, localisé à une première position axiale sensiblement identique. Les aubes de redressement AUB d’un deuxième groupe ont le bord d’attaque, au niveau de la tête l’aube de redressement AUB, localisé à une deuxième position axiale sensiblement identique. La première position axiale est plus proche de la soufflante SOU que la deuxième position axiale. Cette première position axiale est donc en amont de la deuxième position axiale.
Pour chaque aube de redressement AUB, son aube de redressement adjacente horaire appartient à un groupe différent du groupe de l’aube de redressement AUB et son aube de redressement adjacente anti-horaire appartient à un groupe différent du groupe de l’aube de redressement AUB
Les aubes de redressement AUB sont réparties autour de l’axe X en plaçant de manière alternée une aube de redressement AUB du premier groupe et une aube de redressement AUB du deuxième groupe.
Sur la , les aubes de redressement AUB du premier groupe sont fixées au niveau du pied à une surface externe d’un premier moyeu MO1 de forme sensiblement axisymétrique. Un axe de révolution du premier moyeu MO1 est identique à l’axe X. Le premier moyeu MO1 présente un premier diamètre. Les aubes de redressement AUB du deuxième groupe sont fixées au niveau du pied à la surface d’un deuxième moyeu MO2 également de forme sensiblement axisymétrique. Un axe de révolution du deuxième moyeu MO2 est identique à l’axe X. Le deuxième moyeu MO2 présente un deuxième diamètre.
Le premier diamètre est inférieur au deuxième diamètre.
Le premier moyeu MO1 s’étend le long de l’axe X à partir de la soufflante SOU. Le deuxième moyeu MO2 s’étend le long de l’axe X à partir d’une position en aval de la soufflante SOU. On appelle bec de séparation l’extrémité amont du deuxième moyeu MO2.
L’espace compris entre la surface externe du premier moyeu MO1 et la surface interne du deuxième moyeu MO2 forme le début d’une veine primaire dans laquelle circule un flux primaire. L’espace compris entre la surface externe du deuxième moyeu MO2 et la surface interne du carter de soufflante CEXT forme une veine secondaire dans laquelle circule un flux secondaire.
Avantageusement le module MOD a un diamètre compris entre 25 et 130 pouces (soit entre 63,5cm et 330,2cm) et comporte entre 10 et 26 aubes de de soufflante AUBSOU.
Ainsi sur la l’ensemble de redressement ENS comprend un nombre pair d’aubes de redressement AUB qui sont regroupées en deux groupes (l’un comprenant les aubes de redressement AUB paires et l’autre les aubes de redressement AUB impaires). La position de la tête des aubes de redressement AUB paires et impaires est sensiblement inchangée (les aubes de redressement successives sont proches au niveau du carter de soufflante). Les aubes de redressement impaires s’étendent du carter externe à la surface interne de l’écoulement tandis que les aubes de redressement paires s’arrêtent sur le bec de séparation (sur la surface intermédiaire qui coupe le flux en deux). Le bord du bec est positionné axialement entre le bord d’attaque des aubes de redressement paires et le bord de fuite des aubes de redressement impaires.
Ainsi les pieds des aubes de redressement AUB paires et impaires sont décalés longitudinalement de manière à ce que l’air s’écoule entre deux aubes de redressement AUB du même groupe. Les aubes de redressement AUB impaires, placées en amont, redressent d’abord en partie le flux d’air, puis les aubes de redressement AUB paires, placées en aval, finissent le redressement.
Pour une largeur de veine inter-aubes constante au niveau de la tête des aubes de redressement AUB, la largeur de la veine au niveau du pied des aubes de redressement AUB est doublée, ce qui rend possible l’intégration d’un nombre d’aubes de redressement AUB plus important on peut par exemple les augmenter de 5% à 10%.
Les aubes de redressement AUB impaires redressent tout le flux d’air généré par la soufflante SOU, alors que les aubes de redressement AUB paires ne redressent que le flux secondaire.
La représente un mode de réalisation dans lequel l’ensemble de redressement ENS ne comprend que le premier moyeu MO1. L’ensemble des aubes de redressement AUB sont fixées au niveau du pied à la surface externe d’un premier moyeu MO1. Comme sur la , les aubes de redressement AUB d’un premier groupe ont le bord d’attaque, au niveau de la tête de l’aube de redressement AUB, localisé à une première position longitudinale sensiblement identique. Les aubes de redressement AUB d’un deuxième groupe ont le bord d’attaque, au niveau de tête de l’aube de redressement AUB, localisé à une deuxième position longitudinale sensiblement identique. La première position longitudinale est plus proche de la soufflante SOU que la deuxième position axiale.
Sur la , un diamètre externe du rotor ROT de la soufflante SOU est sensiblement égal au diamètre externe du moyeu MO1. Ainsi, dans ce cas, le module MOD ne comprend qu’une seule veine et ce module MOD est relié à un générateur de puissance délocalisé. L’ensemble, comprenant le module MOD et le générateur de puissance délocalisé, forme alors un moteur mono-flux.
La représente donc le module MOD comprenant la soufflante SOU et l’ensemble de redressement ENS dans un cas monoflux. De la même façon que sur la , les aubes de redressement AUB, toujours en nombre pair, sont regroupées en deux groupes avec une position des têtes sensiblement inchangée. Les pieds des aubes de redressement AUB paires et impaires sont décalés longitudinalement. Le module MOD ne présente pas de bec de séparation. La fixation des aubes de redressement AUB au niveau du pied est réalisée sur le même surface externe du moyeu MO1 mais à une position différente, de manière à ce que le bord d’attaque des aubes de redressement AUB paires soit derrière le bord de fuite des aubes de redressement AUB impaires.
Les figure 4-a à 4-c représentent un tel ensemble comprenant la module MOD et un générateur de puissance GEN délocalisé. Ce générateur de puissance GEN délocalisé peut, par exemple, être une turbine à gaz, un moteur électrique ou tout autre dispositif permettant de fournir sur un arbre tournant un couple de rotation. Le générateur de puissance GEN délocalisé entraine mécaniquement le module MOD via un arbre de transmission. Le générateur de puissance GEN peut être placé à l’extérieur du module MOD ou être positionné dans une nacelle comprenant le module MOD (par exemple pour un aéronef à décollage vertical, connu sous l’acronyme VTOL en anglais Vertical Take-Off and Landing, figure 4-c)
La représente un autre mode de réalisation du module MOD. Dans ce mode de réalisation, l’ensemble des aubes de redressement AUB sont fixées, par le pied, au deuxième moyeu MO2. Ce deuxième moyeu MO2 est en face interne de la veine secondaire. L’ensemble de redressement ENS ne redresse que le flux d’air secondaire.
Le module MOD est la partie amont d’un turbomoteur double flux. Dans ce mode de réalisation, les aubes de redressement EUB ne permettent de ne redresser que le deuxième flux.
Ceci permet en particulier de positionner un compresseur primaire sous les pieds des aubes de redressement.
Ainsi cette invention permet, dans le cas d’une soufflante à double flux pour alimenter un flux secondaire et un flux primaire, d’avoir le bec de séparation positionné de trois manières différentes :
- en amont de l’ensemble des aubes de redressement AUB, plus particulièrement en amont du bord d’attaque de l’ensemble des aubes de redressement AUB,
- entre le bord de fuite des aubes de redressement AUB impairs et le bord d’attaque des aubes de redressement AUB pairs,
- en aval des aubes de redressement AUB, plus particulièrement en aval du bord de fuite de l’ensemble des aubes de redressement AUB.

Claims (8)

  1. Ensemble de redressement (ENS) d’un flux d’air comprenant une pluralité d’aubes de redressement (AUB) réparties autour d'un axe de révolution (X) de l'ensemble de redressement (ENS),
    pour chaque aube de redressement (AUB), une corde (COP) de l’aube de redressement (AUB), prise au niveau d’un pied (EXTP) de l’aube de redressement (AUB), ne chevauchant pas, dans la direction de l’axe révolution (X), une corde (COP) d’une aube de redressement (AUB) adjacente, prise au niveau d’un pied (EXTP) de l’aube de redressement (AUB) adjacente, et
    une corde (COT) de l’aube de redressement (AUB), prise au niveau d’une tête (EXTT) de l’aube de redressement (AUB), chevauchant, dans la direction de l’axe de révolution (X), une corde (COT) de l’aube de redressement (AUB) adjacente, prise au niveau d’une tête (EXTT) de l’aube de redressement (AUB) adjacente.
  2. Ensemble de redressement (ENS) selon la revendication 1,
    une distance entre la tête (EXTT) de l’aube de redressement (AUB) et l’axe de révolution (X) étant identique pour toutes les aubes de redressement (AUB).
  3. Ensemble de redressement (ENS) selon la revendication 1 ou 2,
    une distance entre le pied (EXTP) de l’aube de redressement (AUB) et l’axe de révolution (X) étant identique pour toutes les aubes de redressement (AUB).
  4. Ensemble de redressement (ENS) selon la revendication 1 ou 2,
    une distance, entre le pied (EXTP) de l’aube de redressement (AUB) et l’axe de révolution (X), et une distance, entre le pied (EXTP) de l’aube de redressement (AUB) adjacente et l’axe de révolution (X), étant différentes.
  5. Module de soufflante (MOD) comprenant une soufflante (SOU) et un ensemble de redressement (ENS) selon l’une des revendications 1 à 4, l’ensemble de redressement (ENS) étant placé en aval de la soufflante (SOU).
  6. Moteur à double flux comprenant l’ensemble de redressement (ENS) selon l’une des revendications 1 à 4 ou un module de soufflante selon la revendication 5, le moteur à double flux comprenant aussi un générateur de puissance (GEN).
  7. Moteur à mono flux comprenant l’ensemble de redressement (ENS) selon l’une des revendications 1 à 4 ou un module de soufflante selon la revendication 5, le moteur à mono flux comprenant aussi un générateur de puissance (GEN) délocalisé.
  8. Aéronef comprenant un moteur à double flux selon la revendication 6 ou un moteur à mono flux selon la revendication 7.
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