WO2018138439A1 - Profil amélioré de bord d'attaque d'aubes - Google Patents

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WO2018138439A1
WO2018138439A1 PCT/FR2018/050168 FR2018050168W WO2018138439A1 WO 2018138439 A1 WO2018138439 A1 WO 2018138439A1 FR 2018050168 W FR2018050168 W FR 2018050168W WO 2018138439 A1 WO2018138439 A1 WO 2018138439A1
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blade
leading edge
curve
angle
attack
Prior art date
Application number
PCT/FR2018/050168
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Inventor
Damien Bernard Emeric GUEGAN
Prasaad COJANDE
Pierre-Hugues Ambroise Maxime Victor RETIVEAU
Jonathan Evert Vlastuin
Original Assignee
Safran Aircraft Engines
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Publication date
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    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/303—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the leading edge of a rotor blade
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    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/70—Shape
    • F05D2250/71—Shape curved

Definitions

  • the present invention relates to the field of axial compressors of aeronautical engines, specifically the blades of these axial compressors, including the profile of the leading edge of the blades of these blades.
  • An axial compressor of aeronautical engine comprises several rotating stages (rotor) and static (stator) alternately distributed along a shaft defining the axis of the compressor.
  • the fluid flowing in the compressor substantially follows the axis of the shaft.
  • Stages of the stator may be fixed, the blades being stationary relative to the compressor housing, or variable pitch, the blades being pivotable about their longitudinal direction (corresponding to the radial direction of the stator).
  • Stages of the stator, fixed or variable pitch are called here "rectifiers".
  • Each fixed or variable-pitch rectifier aims to:
  • the current trend is to limit the number of stages or the number of blades per stage, while accentuating the increase in static pressure of the flow to the crossing each rectifier.
  • a blade configured to be placed with a plurality of identical blades so as to form an aeronautical engine blade wheel, the impeller defining an axis, the blade having a blade having a leading edge and a trailing edge, the leading edge curve describing the shape of the leading edge of the blade in a view perpendicular to the blade having at least one edge ripple driving, said at least one leading edge ripple extending less than 30% of a length of the blade from a first end of the blade.
  • the term “ripple” is defined with respect to a reference curve: this reference curve is the curve that underlies the curve studied but with a regular curvature, without localized shape variations.
  • the term “waving” here designates a portion of a curve situated between two minimums and comprising a single maximum, said minimums and maximum being defined with respect to a reference curve. The leading edge ripples are thus defined with respect to a reference leading edge curve.
  • an axial direction corresponds to the motor axis.
  • a longitudinal direction of the blade designates the direction in which the blade extends mainly, which is the radial direction when the blade is integrated with a blade wheel.
  • the longitudinal direction of its blade corresponds to a radial direction of the wheel. Therefore, by “length of the blade” is understood its length along the longitudinal direction.
  • perpendicular view to the blade is understood a side view perpendicular to a face of the blade may be the intrados or extrados of the blade.
  • the leading edge of the blade defines a curve connecting the two ends of the blade in the longitudinal direction.
  • This leading edge curve defining the profile of the leading edge of the blade, has at least one leading edge undulation extending over less than 30% of the blade in the longitudinal direction, since one end of the blade.
  • the minimums correspond to a recessed portion of the leading edge, and the maximum corresponds to a projecting part of the blade.
  • the hollow parts may be made for example by machining. Achieving a leading edge ripple can thus be simple and fast.
  • the leading edge curve is monotonous. It is understood that the leading edge curve is the curve expressing a distance between the leading edge and the longitudinal axis of the blade, in projection according to the view perpendicular to the blade indicated above.
  • the presence of one or more rim (s) leading edge has the advantage of limiting the presence of radial and / or tangential detachment of the flow on the upper surface of the dawn, when the it is mounted on a paddle wheel, in an axial compressor. The occurrence of the pumping phenomenon, and thus the corresponding degradation of compressor performance can thus be delayed.
  • the leading edge curve is monotonic in the range of 30% to 70% of the length of the blade. This range of 30% to 70% is complementary to that having the corrugation.
  • the leading edge ripple extends from the end of the blade to less than 30% of the length of the blade, preferably less than 20%, more preferably less than 10%.
  • the leading edge has one or more corrugations located between 0 and 30% of the length of the blade, or even 0 and 20%, or even 0 and 10%, followed by ) by a portion of monotonous leading edge curve extending from said one or more corrugations (s) to at least 70% of the length of the blade.
  • leading edge ripple (s) are disposed locally at one end of the blade makes it possible to limit the radial and / or tangential detachments of the flow, without disturbing the flow. over the entire length of the blade, and therefore without degrading the aeronautical performance thereof, when the blade is mounted on a paddle wheel in an axial compressor.
  • the corrugations are arranged in the vicinity of the leading edge. They do not have to affect the shape of the blade beyond the upstream third of the blade (measured from the leading edge to the trailing edge).
  • leading edge ripples may be defined by a local variation of the rope of the blade.
  • the curve defining the trailing edge of the blade can have a linear profile and constant.
  • the variations of the rope of the blade, in the longitudinal direction thereof, correspond to the variations of the leading edge curve.
  • a recessed portion of the leading edge is characterized by a local minimum of the rope, and a projecting portion of the leading edge is characterized by a local maximum of the rope.
  • the blade has a foot and a head at its ends, and the leading edge curve has at least one leading edge corrugation extending from the blade root to less than 30% of the length of the blade, and / or at least one leading edge ripple extending from the blade head to less than 30% of the length of the blade.
  • leading edge corrugation is disposed at one end or both ends of the blade makes it possible to limit the radial and / or tangential detachments of the flow, without disturbing the flow on the entire length of the blade, between these two ends, and therefore without degrading performance aeronautics thereof, when the blade is mounted on a paddle wheel in an axial compressor.
  • the leading edge curve has two or three leading edge corrugations extending from the blade root for less than one third of the length of the blade, and / or two or three leading edge ripples extending from the blade head on less than one third of the blade length. These undulations may be more numerous, for example four or five in number.
  • leading edge corrugations disposed at one or both ends of the blade optimizes the performance thereof, further limiting the radial and / or tangential detachments of the blade.
  • the corrugations of the leading edge curve may advantageously be coupled with certain modifications affecting the skeleton curve of the blade.
  • the skeleton curve (or average camber line), in a plane at a level considered in the longitudinal direction of the blade, is the curve connecting the leading edge and the trailing edge of the blade, and defining the camber of the blade. blade.
  • the angle of attack is an angle between the skeleton curve at the leading edge of the blade and the axis of the impeller in a plane at a level considered in the longitudinal direction of the blade.
  • angle of attack is the angle formed between the tangent to the skeleton curve to the leading edge of the blade, and the axis of the wheel, when the blade is mounted on a wheel paddle. Furthermore, the angle of attack curve defines the evolution of this angle of attack in the longitudinal direction of the blade, along it.
  • the angle of attack curve describing the evolution of the angle of attack along the blade has at least one angle of attack corrugation extending over less than one-third of the length of the blade from the first end of the blade in the longitudinal direction, with respect to a reference angle of attack curve.
  • the leading edge curve is preferably monotonous.
  • This angle of attack corrugation has the advantage, in combination with the leading edge ripple (s), of limiting the presence of radial and / or tangential detachments of the flow. on the upper surface of the dawn, when it is mounted on a paddle wheel, in an axial compressor. The appearance of the pumping phenomenon, and thus a significant degradation of the compressor can thus be delayed even more effectively.
  • the angle of attack curve has at least one angle of attack corrugation extending from the blade root over less than one third of the length of the blade, and / or at least one angle of attack corrugation extending from the blade head on less than one third of the length of the blade.
  • the angle of attack curve has two or three angle of attack corrugations extending from the blade root over less than one third of the length of the blade, and / or two or three angles of attack angle extending from the blade head on less than one third of the length of the blade.
  • These undulations may be more numerous, for example four or five in number.
  • At least a maximum of one ripple of the leading edge curve is disposed closer, in the longitudinal direction of the blade, of a minimum of the angle curve of attack (the minimum of the nearest angle of attack curve) than a maximum of an angle of attack ripple (the maximum closest to an angle of attack ripple).
  • the maximums of each of them are not opposite one another.
  • the maximums of each of them have a phase shift between them.
  • the maximum of each of them is arranged closer to a minimum of the other curve.
  • a maximum of the angle of attack curve is disposed at a projecting portion of the leading edge, and a minimum of the angle of attack curve is disposed at a recessed portion.
  • At least one maximum included in a corrugation of the leading edge curve is disposed substantially at the same position, along the longitudinal direction of the blade, a minimum delimiting a corrugation of angle of attack.
  • the present disclosure also relates to a paddle wheel comprising a plurality of blades according to any one of the preceding embodiments.
  • FIG. 1 shows schematically an aeronautical engine blade wheel
  • FIG. 2 schematically shows recirculation lines on a blade of the impeller of Figure 1;
  • FIG. 4 represents the profile of the leading edge of a blade, in one embodiment of the invention.
  • FIG. 5 represents the evolution of the leading edge and angle of attack curves in a second embodiment of the invention.
  • FIG. 1 represents a bladed wheel 1 constituting a stage of an axial air motor compressor (not shown) comprising several rotating (rotor) and static stages (stator) distributed alternately along a shaft defining the axis A of the compressor.
  • the impeller 1 (or rectifier) is a static stage (or stator) of the compressor, comprising a plurality of blades.
  • the stator may be fixed, the blades being immobile relative to the compressor housing, or variable pitch, the blades being pivotable about their longitudinal direction (corresponding to the radial direction of the stator).
  • the arrow F represents the direction of flow of the air with respect to the impeller 1.
  • the direction z designates a direction in which a blade 10 extends radially relative to the impeller 1, between its blade root 12 and its blade head 14.
  • blade height or “the along the blade”
  • the direction y designates a direction perpendicular to the direction z, according to which a blade 10 extends between its leading edge 10a and its trailing edge 10b. In other words, the direction is parallel to the rope 30 of the blade 10.
  • the direction x is the direction perpendicular to the directions y and z, according to which the blade 10 extends generally along its thickness.
  • FIG. 2 is a partial view of a blade of the blade wheel 1 (the head of the blade is not shown).
  • Each blade comprises a blade 10 comprising a leading edge 10a, a trailing edge 10b, a blade root 12, a blade head, and an extrados 16.
  • the increase of the static pressure at the crossing of the wheel to blade 1 can lead to an adverse pressure gradient going against the direction of flow, represented by the arrow R in FIG. 2.
  • these adverse pressure gradients can give rise to detachments 18 comprising radial detachments 18r and / or tangential detachments 18t of the flow on the extrados 16 of the blades 10, which can disturb the flow in the compressor and thus degrade its performance.
  • Figure 3 is a sectional view along a plane parallel to the xy plane of the blade 10.
  • the skeleton curve 20 (or average camber line) is the curve connecting the leading edge. 10a and the trailing edge 10b of the blade 10, and defining the arching of the blade 10.
  • the skeleton curve is defined by the set of centers of the circles inscribed in the profile of the blade on its extent between its leading edge and its trailing edge, each inscribed circle being tangent to the curve intrados and to the extrados curve.
  • the angle of attack ⁇ is the angle formed between the tangent T at the skeleton curve 20 at the leading edge 10a of the blade 10, and the axis of the wheel A, when the blade is mounted on a wheel paddle. In FIG. 3, the angle ⁇ is positive.
  • the angle of attack curve defines the evolution of this angle of attack ⁇ along the z direction, along the blade 10.
  • Figure 4 is a side view which is a view perpendicular to the y-z plane of a blade 10 similar to the blade 10 presented above. This view is therefore a view perpendicular to the blade 10.
  • the leading edge curve defines the evolution of the profile of the leading edge 10a in the direction z.
  • the leading edge curve corresponds, according to the view of FIG. 4, to the variations of the upstream end (left end in FIG. 4) of the blade.
  • the blade 10 shown in FIG. 4 represents a blade according to the invention in which the leading edge curve comprises a leading edge corrugation.
  • a waviness designates a portion of a curve between two minimums ml and m2 separated by a maximum M unique.
  • H denotes the total height of the blade, between the blade root 12 and the blade head 14, and h denotes any height of the blade, so that 0 ⁇ h ⁇ H.
  • the corrugations are disposed on the blade side with respect to the reference leading edge curve r1; that is to say that the blade has recessed portions at the minimums ml and m2, with respect to the blade shape defined by the reference leading edge curve r1, no part exceeding in relation to this shape.
  • Figure 4 also illustrates the profile of the trailing edge 10b.
  • the monotonous trailing edge curve is almost straight over the entire height H of the blade 10 (in other words, the distance between the trailing edge and the axis of the blade is constant over the entire height H of the blade 10). Therefore, the profile of the leading edge 10a, in a view perpendicular to the y-z plane, can also be defined by the variations of the rope 30.
  • FIG. 5 illustrates the variations of the leading edge curve (dashed line). full in Figure 5) and the angle of attack curve (dashed lines in FIG. 5) along the blade 10.
  • the position along the height H of the blade 10 is indicated by a dimensionless number h / H.
  • the curve r2 represents the reference leading edge curve, which underlies the leading edge curve 10a
  • the curve r3 represents the reference angle of attack curve, which underlies the curve of the leading edge curve. 'angle of attack.
  • the leading edge curve comprises two leading edge corrugations 10a extending from the blade root 12, over a range of heights of the blade 10 corresponding to 0 ⁇ h / H. ⁇ 0.3 (about one third of the height of blade 10).
  • the leading edge curve further comprises two leading edge corrugations 10a extending from the blade head 14, over a range of heights of the blade 10 corresponding to 0.7 ⁇ h / H ⁇ 1 (evening about a third of the height of the blade 10).
  • the amplitude of variations of the leading edge 10a is between 1% and 10%, preferably between 1% and 5%, more preferably between 3%. and 5% of the average length of the blade's rope.
  • the leading edge curve 10a is monotonous .
  • the angle of attack curve comprises three angles of attack angle ⁇ extending from the blade root 12, over a range of heights of the blade 10 corresponding to 0 ⁇ h / H ⁇ 0.3 (evening about one third of the height of the blade 10).
  • the angle of attack curve further comprises three angles of attack ⁇ angle extending from the blade head 14, over a range of heights of the blade 10 corresponding to 0.7 ⁇ h / H ⁇ 1 (evening approximately one third of the height of the blade 10), preferably 0.8 ⁇ h / H ⁇ 1.
  • the amplitude of variations of the angle of attack ⁇ is between 0.5 ° and 10 °, preferably between 0.5 ° and 5 °, more preferably between 1 ° and 3 °. Furthermore, over a range of heights of blade 10 corresponding to 0.3 ⁇ h / H ⁇ 0.7, preferably 0.2 ⁇ h / H ⁇ 0.8, the angle of attack curve ⁇ is monotone.
  • the leading edge corrugations 10a and the ⁇ angle of attack corrugations have a phase difference between them.
  • the angle of attack curve has, for this same height h1, a minimum ⁇ .
  • a maximum ⁇ of an angle of attack corrugation corresponds to a minimum mlOa of a leading edge ripple.

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Abstract

Aube configurée pour être placée avec une pluralité d'aubes identiques de manière à former une roue à aubes de moteur aéronautique, la roue à aubes définissant un axe, l'aube comportant une pale (10) présentant un bord d'attaque (10a) et un bord de fuite (10b), la courbe de bord d'attaque décrivant la forme du bord d'attaque (10a) de la pale (10) dans une vue perpendiculaire à la pale (10) présentant au moins une ondulation de bord d'attaque (10a), ladite au moins une ondulation de bord d'attaque (10a) s'étendant sur moins de 30% d'une longueur (H) de la pale à partir d'une première extrémité de la pale.

Description

Profil amélioré de bord d'attaque d'aubes
DOMAINE DE L'INVENTION
[0001] La présente invention concerne le domaine des compresseurs axiaux de moteurs aéronautiques, plus précisément les aubes de ces compresseurs axiaux, notamment le profil du bord d'attaque des pales de ces aubes.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
[0002] Un compresseur axial de moteur aéronautique comprend plusieurs étages tournants (rotor) et statiques (stator) répartis alternativement le long d'un arbre définissant l'axe du compresseur. Le fluide s'écoulant dans le compresseur suit sensiblement l'axe de l'arbre. Les étages du stator peuvent être fixes, les pales étant immobiles par rapport au carter du compresseur, ou à calage variable, les pales pouvant pivoter autour de leur direction longitudinale (correspondant à la direction radiale du stator). Les étages du stator, fixe ou à calage variable sont nommés ici « redresseurs ». Chaque redresseur fixe ou à calage variable a pour but de :
Redresser l'écoulement, dont la direction a été modifiée par le rotor précédent, dans une direction sensiblement identique à l'axe compresseur,
Convertir l'énergie cinétique acquise par les rotors en pression en réduisant la vitesse de l'écoulement entre l'amont et l'aval d'un redresseur donné.
[0003] Afin d'améliorer le rapport poids/poussée des moteurs aéronautiques, la tendance actuelle consiste à limiter le nombre d'étages ou le nombre de pales par étage, tout en accentuant l'augmentation de pression statique de l'écoulement à la traversée de chaque redresseur.
[0004] Or, cette augmentation de la pression statique à la traversée d'un redresseur peut entraîner un gradient de pression adverse allant à encontre du sens de l'écoulement. Au niveau du pied de pale, donc proche de l'arbre du compresseur, ces gradients de pression adverses peuvent donner naissance à des décollements radiaux et/ou tangentiels de l'écoulement sur l'extrados des redresseurs. Ces décollements peuvent perturber l'écoulement dans le compresseur et dégrader ainsi ses performances. Lorsqu'ils s'amplifient, ces décollements peuvent être la source du phénomène de pompage qui entraine une oscillation de débit d'écoulement, une chute brutale des performances, ou encore une dégradation importante du compresseur. La « marge au pompage » indique l'écart entre le régime de fonctionnement nominal du moteur, et le régime à partir duquel le phénomène de pompage apparaît. Il est donc important, lors de la conception d'un compresseur, de dimensionner celui-ci de sorte à conserver une marge au pompage suffisante afin de retarder au maximum l'apparition du phénomène de pompage.
[0005] Par conséquent, l'amélioration des performances des compresseurs axiaux de moteur aéronautique, en termes de rapport poids/poussée, se heurte actuellement aux contraintes liées à ce phénomène. Il existe donc un besoin pour un dispositif permettant d'améliorer ces performances, tout en conservant une marge au pompage suffisante.
PRESENTATION DE L'INVENTION
[0006] Pour répondre à ce besoin, suivant l'invention, il est proposé une aube configurée pour être placée avec une pluralité d'aubes identiques de manière à former une roue à aubes de moteur aéronautique, la roue à aubes définissant un axe, l'aube comportant une pale présentant un bord d'attaque et un bord de fuite, la courbe de bord d'attaque décrivant la forme du bord d'attaque de la pale dans une vue perpendiculaire à la pale présentant au moins une ondulation de bord d'attaque, ladite au moins une ondulation de bord d'attaque s'étendant sur moins de 30% d'une longueur de la pale à partir d'une première extrémité de la pale.
[0007] Le terme « ondulation » est défini par rapport à une courbe de référence : cette courbe de référence est la courbe qui sous- tend la courbe étudiée mais avec une courbure régulière, sans variations de forme localisées. Le terme « ondulation » désigne ici une partie de courbe située entre deux minimums et comprenant un unique maximum, lesdits minimums et maximum étant définis par rapport à une courbe de référence. Les ondulations de bord d'attaque sont donc définies par rapport à une courbe de bord d'attaque de référence.
[0008] Dans le présent exposé, une direction axiale correspond à l'axe du moteur. Une direction longitudinale de la pale désigne la direction dans laquelle s'étend principalement la pale, qui est la direction radiale lorsque l'aube est intégrée à une roue à aube. Lorsqu'une aube est montée sur une roue à aube, la direction longitudinale de sa pale correspond à une direction radiale de la roue. Par conséquent, par « longueur de la pale » on comprend sa longueur suivant la direction longitudinale. Par « vue perpendiculaire à la pale » on comprend une vue de côté, perpendiculaire à une face de la pale pouvant être l'intrados ou l'extrados de la pale. Ainsi, dans une projection suivant cette vue, le bord d'attaque de la pale définit une courbe reliant les deux extrémités de la pale dans la direction longitudinale.
[0009] Cette courbe de bord d'attaque, définissant le profil du bord d'attaque de la pale, présente au moins une ondulation de bord d'attaque s'étendant sur moins de 30% de la pale dans la direction longitudinale, depuis une extrémité de la pale. Les minimums correspondent à une partie en creux du bord d'attaque, et le maximum correspond à une partie en saillie de la pale. Les parties en creux peuvent être réalisées par exemple par usinage. La réalisation d'une ondulation de bord d'attaque peut ainsi être simple et rapide. De préférence, sur les deux tiers restants de la longueur de la pale ne comportant pas d'ondulation sur son bord d'attaque, la courbe de bord d'attaque est monotone. On comprend que la courbe de bord d'attaque est la courbe exprimant une distance entre le bord d'attaque et l'axe longitudinal de la pale, en projection suivant la vue perpendiculaire à la pale indiquée précédemment.
[0010] La présence d'une ou plusieurs ondulation(s) de bord d'attaque présente l'avantage de limiter la présence de décollements radiaux et/ou tangentiels de l'écoulement sur l'extrados de l'aube, lorsque celle-ci est montée sur une roue à aube, dans un compresseur axial. L'apparition du phénomène de pompage, et ainsi la dégradation correspondante des performances du compresseur peuvent ainsi être retardées.
[0011] Dans certains modes de réalisation, la courbe de bord d'attaque est monotone sur la plage allant de 30% à 70% de la longueur de la pale. Cette plage de 30% à 70% est complémentaire de celle présentant l'ondulation.
[0012] Dans certains modes de réalisation, la première ondulation de bord d'attaque s'étend depuis l'extrémité de la pale sur moins de 30% de la longueur de la pale, de préférence moins de 20%, de préférence encore moins de 10%. [0013] De préférence, le bord d'attaque présente une ou plusieurs ondulation(s) située(s) entre 0 et 30% de la longueur de la pale, voire 0 et 20%, voire 0 et 10%, suivie(s) par une portion de courbe de bord d'attaque monotone s'étendant depuis ladite une ou plusieurs ondulation(s) jusqu'à au moins 70% de la longueur de la pale.
[0014] Le fait que la ou les ondulation(s) de bord d'attaque soient disposées localement au niveau d'une extrémité de la pale permet de limiter les décollements radiaux et/ou tangentiels de l'écoulement, sans perturber l'écoulement sur toute la longueur de la pale, et donc sans dégrader les performances aéronautiques de celle-ci, lorsque l'aube est montée sur une roue à aubes dans un compresseur axial. De plus, il suffit que les ondulations soient agencées au voisinage du bord d'attaque. Il n'est pas nécessaire qu'elles affectent la forme de la pale au-delà du tiers amont de la pale (mesuré du bord d'attaque au bord de fuite).
[0015] Dans certains modes de réalisation, les ondulations de bord d'attaque peuvent être définies par une variation locale de la corde de la pale.
[0016] En effet, dans la vue perpendiculaire à la pale, la courbe définissant le bord de fuite de la pale peut présenter un profil linéaire et constant. Dans ce cas, les variations de la corde de la pale, suivant la direction longitudinale de celle-ci, correspondent aux variations de la courbe de bord d'attaque. Ainsi, une partie en creux du bord d'attaque se caractérise par un minimum local de la corde, et une partie en saillie du bord d'attaque se caractérise par un maximum local de la corde.
[0017] Dans certains modes de réalisation, l'aube comporte un pied et une tête à ses extrémités, et la courbe de bord d'attaque présente au moins une ondulation de bord d'attaque s'étendant depuis le pied de pale sur moins de 30% de la longueur de la pale, et/ou au moins une ondulation de bord d'attaque s'étendant depuis la tête de pale sur moins de 30% de la longueur de la pale.
[0018] Le fait que l'ondulation de bord d'attaque soit disposée au niveau d'une extrémité ou des deux extrémités de la pale permet de limiter les décollements radiaux et/ou tangentiels de l'écoulement, sans perturber l'écoulement sur tout la longueur de la pale, entre ces deux extrémités, et donc sans dégrader les performances aéronautiques de celle-ci, lorsque l'aube est montée sur une roue à aubes dans un compresseur axial.
[0019] Dans certains modes de réalisation, la courbe de bord d'attaque présente deux ou trois ondulations de bord d'attaque s'étendant depuis le pied de pale sur moins d'un tiers de la longueur de la pale, et/ou deux ou trois ondulations de bord d'attaque s'étendant depuis la tête de pale sur moins d'un tiers de la longueur de la pale. Ces ondulations peuvent être plus nombreuses, par exemple au nombre de quatre ou cinq.
[0020] La présence de plusieurs ondulations de bord d'attaque disposées au niveau d'une extrémité ou des deux extrémités de la pale permet d'optimiser les performances de celle-ci, en limitant davantage les décollements radiaux et/ou tangentiels de l'écoulement sur l'extrados de l'aube, lorsque celle-ci est montée sur une roue à aube, dans un compresseur axial. L'apparition du phénomène de pompage, et ainsi une dégradation importante du compresseur peuvent ainsi être davantage retardées.
[0021] D'autre part, les ondulations de la courbe de bord d'attaque peuvent avantageusement être couplées avec certaines modifications affectant la courbe squelette de la pale. La courbe squelette (ou ligne de cambrure moyenne), dans un plan à un niveau considéré dans la direction longitudinale de la pale, est la courbe reliant le bord d'attaque et le bord de fuite de la pale, et définissant la cambrure de la pale. L'angle d'attaque est un angle entre la courbe squelette au bord d'attaque de la pale et l'axe de la roue à aubes dans un plan à un niveau considéré dans la direction longitudinale de la pale.
[0022] On comprend que l'angle d'attaque est l'angle formé entre la tangente à la courbe squelette au bord d'attaque de la pale, et l'axe de la roue, lorsque l'aube est montée sur une roue à aubes. Par ailleurs, la courbe d'angle d'attaque définit l'évolution de cet angle d'attaque dans la direction longitudinale de la pale, le long de celle-ci.
[0023] Dans certains modes de réalisation, la courbe d'angle d'attaque décrivant l'évolution de l'angle d'attaque le long de la pale présente au moins une ondulation d'angle d'attaque s'étendant sur moins d'un tiers de la longueur de la pale à partir de la première extrémité de la pale dans la direction longitudinale, par rapport à une courbe d'angle d'attaque de référence.
[0024] De préférence, sur la partie centrale de la pale ne comportant pas d'ondulation d'angle d'attaque, la courbe de bord d'attaque est de préférence monotone.
[0025] La présence de cette ondulation d'angle d'attaque présente l'avantage, en combinaison avec la ou les ondulation(s) de bord d'attaque, de limiter la présence de décollements radiaux et/ou tangentiels de l'écoulement sur l'extrados de l'aube, lorsque celle-ci est montée sur une roue à aube, dans un compresseur axial. L'apparition du phénomène de pompage, et ainsi une dégradation importante du compresseur peuvent ainsi être retardées encore plus efficacement.
[0026] Dans certains modes de réalisation, la courbe d'angle d'attaque présente au moins une ondulation d'angle d'attaque s'étendant depuis le pied de pale sur moins d'un tiers de la longueur de la pale, et/ou au moins une ondulation d'angle d'attaque s'étendant depuis la tête de pale sur moins d'un tiers de la longueur de la pale.
[0027] Dans certains modes de réalisation, la courbe d'angle d'attaque présente deux ou trois ondulations d'angle d'attaque s'étendant depuis le pied de pale sur moins d'un tiers de la longueur de la pale, et/ou deux ou trois ondulations d'angle d'attaque s'étendant depuis la tête de pale sur moins d'un tiers de la longueur de la pale. Ces ondulations peuvent être plus nombreuses, par exemple au nombre de quatre ou cinq.
[0028] Dans certains modes de réalisation, au moins un maximum d'une ondulation de la courbe de bord d'attaque est disposé plus près, suivant la direction longitudinale de la pale, d'un minimum de la courbe d'angle d'attaque (le minimum de la courbe d'angle d'attaque le plus proche) que d'un maximum d'une ondulation d'angle d'attaque (le maximum le plus proche d'une ondulation d'angle d'attaque).
[0029] De préférence, lorsque la courbe de bord d'attaque et la courbe d'angle d'attaque présentent chacune par exemple une ondulation, les maximums de chacune d'elles ne sont pas en regard l'un de l'autre. Ainsi, lorsque la courbe de bord d'attaque et la courbe d'angle d'attaque sont représentées dans le même repère, les maximums de chacune d'elles présentent entre eux un déphasage. Plus précisément, le maximum de chacune d'elles est disposé plus près d'un minimum de l'autre courbe. En d'autres termes, sur la pale, un maximum de la courbe d'angle d'attaque est disposé au niveau d'une partie en saillie du bord d'attaque, et un minimum de la courbe d'angle d'attaque est disposé au niveau d'une partie en creux.
[0030] Cette disposition des maximums et minimums respectifs de chaque courbe permet d'optimiser les performances aérodynamiques de l'aube, en limitant la présence de décollements radiaux et/ou tangentiels de l'écoulement sur l'extrados de l'aube, lorsque celle-ci est montée sur une roue à aube, dans un compresseur axial. L'apparition du phénomène de pompage, et ainsi une dégradation importante du compresseur peuvent ainsi être davantage retardées.
[0031] Dans certains modes de réalisation, au moins un maximum compris dans une ondulation de la courbe de bord d'attaque est disposé sensiblement à la même position, suivant la direction longitudinale de la pale, qu'un minimum délimitant une ondulation d'angle d'attaque.
[0032] Le présent exposé concerne également une roue à aubes comportant une pluralité d'aubes selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
[0033] L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles :
- la figure 1 représente schématiquement une roue à aubes de moteur aéronautique ;
- la figure 2 représente schématiquement des lignes de recirculation sur une aube de la roue à aubes de la figure 1 ;
- la figure 3 représente une vue en coupe de l'aube de la figure
2 ;
- la figure 4 représente le profil du bord d'attaque d'une aube, dans un mode de réalisation de l'invention ; et
- la figure 5 représente l'évolution des courbes de bord d'attaque et d'angle d'attaque dans un deuxième mode de réalisation de l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE D'EXEMPLES DE REALISATION [0034] La figure 1 représente une roue à aubes 1 constituant un étage d'un compresseur axial de moteur aéronautique (non représenté) comprenant plusieurs étages tournants (rotor) et statiques (stator) répartis alternativement le long d'un arbre définissant l'axe A du compresseur. La roue à aubes 1 (ou redresseur) est un étage statique (ou stator) du compresseur, comportant une pluralité d'aubes. Le stator peut être fixe, les aubes étant immobiles par rapport au carter du compresseur, ou à calage variable, les aubes pouvant pivoter autour de leur direction longitudinale (correspondant à la direction radiale du stator). La flèche F représente le sens d'écoulement de l'air par rapport à la roue à aubes 1.
[0035] Dans la suite de la description, les termes « amont » et « aval » seront compris selon le sens d'écoulement de l'air. La direction z désigne une direction selon laquelle une pale 10 s'étend radialement par rapport à la roue à aube 1, entre son pied de pale 12 et sa tête de pale 14. Ainsi, les termes « hauteur de la pale » ou « le long de la pale », seront compris selon cette direction z. La direction y désigne une direction perpendiculaire à la direction z, selon laquelle une pale 10 s'étend entre son bord d'attaque 10a et son bord de fuite 10b. En d'autres termes, la direction y est parallèle à la corde 30 de la pale 10. La direction x est la direction perpendiculaire aux directions y et z, selon laquelle la pale 10 s'étend globalement suivant son épaisseur.
[0036] La figure 2 est une vue partielle d'une aube de la roue à aube 1 (la tête de l'aube n'est pas représentée). Chaque aube comporte une pale 10 comportant un bord d'attaque 10a, un bord de fuite 10b, un pied de pale 12, une tête de pale, et un extrados 16. L'augmentation de la pression statique à la traversée de la roue à aubes 1 peut entraîner un gradient de pression adverse allant à rencontre du sens de l'écoulement, représenté par la flèche R sur la figure 2. Au niveau du pied de pale 12, ces gradients de pression adverses peuvent donner naissance à des décollements 18 comprenant des décollements radiaux 18r et/ou des décollements tangentiels 18t de l'écoulement sur l'extrados 16 des pales 10, pouvant perturber l'écoulement dans le compresseur et dégrader ainsi ses performances.
[0037] La figure 3 est une vue en coupe, suivant un plan parallèle au plan x-y, de la pale 10. Suivant cette vue, la courbe squelette 20 (ou ligne de cambrure moyenne), est la courbe reliant le bord d'attaque 10a et le bord de fuite 10b de la pale 10, et définissant la cambrure de la pale 10. La courbe squelette est définie par l'ensemble des centres des cercles inscrits dans le profil de l'aube sur son étendue entre son bord d'attaque et son bord de fuite, chaque cercle inscrit étant tangent à la courbe intrados et à la courbe extrados. L'angle d'attaque β est l'angle formé entre la tangente T à la courbe squelette 20 au bord d'attaque 10a de la pale 10, et l'axe de la roue A, lorsque l'aube est montée sur une roue à aubes. Sur la figure 3, l'angle β est donc positif. La courbe d'angle d'attaque définit l'évolution de cet angle d'attaque β suivant la direction z, le long de la pale 10.
[0038] La figure 4 est une vue de côté qui est une vue perpendiculaire au plan y-z d'une pale 10 similaire à la pale 10 présentée précédemment. Cette vue est donc une vue perpendiculaire à la pale 10. Suivant cette vue, la courbe de bord d'attaque définit l'évolution du profil du bord d'attaque 10a suivant la direction z. En d'autres termes, la courbe de bord d'attaque correspond, suivant la vue de la figure 4, aux variations de l'extrémité amont (extrémité gauche sur la figure 4) de la pale. La pale 10 représentée sur la figure 4 représente une aube selon l'invention dans laquelle la courbe de bord d'attaque comporte une ondulation de bord d'attaque. Une ondulation désigne une partie de courbe située entre deux minimums ml et m2 séparés par un maximum M unique. De plus, H désigne la hauteur totale de la pale, entre le pied de pale 12 et la tête de pale 14, et h désigne une hauteur quelconque de la pale, de sorte que 0 < h < H. Comme on peut le voir, les ondulations sont disposées du côté de la pale par rapport à la courbe de bord d'attaque de référence rl ; c'est-à- dire que la pale présente des parties en creux au niveau des minimums ml et m2, par rapport à la forme de pale définie par la courbe de bord d'attaque de référence rl, aucune partie ne dépassant par rapport à cette forme.
[0039] De plus, la figure 4 illustre également le profil du bord de fuite 10b. Dans cet exemple, la courbe de bord de fuite est monotone est quasiment droite sur toute la hauteur H de la pale 10 (en d'autres termes, la distance entre le bord de fuite et l'axe de la pale est constante sur toute la hauteur H de la pale 10). Par conséquent, le profil du bord d'attaque 10a, selon une vue perpendiculaire au plan y-z, peut également être défini par les variations de la corde 30.
[0040] Un deuxième mode de réalisation de l'invention avec un deuxième profil de bord d'attaque de pale va maintenant être décrit en référence à la figure 5. La figure 5 illustre les variations de la courbe de bord d'attaque (trait plein sur la figure 5) et de la courbe d'angle d'attaque (traits en pointillés sur la figure 5) le long de la pale 10. La position le long de la hauteur H de la pale 10 est repérée par un nombre sans dimension h/H. La courbe r2 représente la courbe de bord d'attaque de référence, qui sous-tend la courbe de bord d'attaque 10a, et la courbe r3 représente la courbe d'angle d'attaque de référence, qui sous-tend la courbe d'angle d'attaque.
[0041] Dans cet exemple, la courbe de bord d'attaque comporte deux ondulations de bord d'attaque 10a s'étendant à partir du pied de pale 12, sur une plage de hauteurs de la pale 10 correspondant à 0 < h/H < 0,3 (soit environ un tiers de la hauteur de la pale 10). La courbe de bord d'attaque comporte en outre deux ondulations de bord d'attaque 10a s'étendant à partir de la tête de pale 14, sur une plage de hauteurs de la pale 10 correspondant à 0,7 < h/H < 1 (soir environ un tiers de la hauteur de la pale 10). Entre un minimum et un maximum de la courbe de bord d'attaque, l'amplitude de variations du bord d'attaque 10a est comprise entre 1 % et 10%, de préférence entre 1 % et 5 %, de préférence encore entre 3 % et 5 % de la longueur moyenne de la corde de la pale. En outre, sur une plage de hauteurs de la pale 10 correspondant à 0,3 < h/H < 0,7, de préférence 0,2 < h/H < 0,8, la courbe de bord d'attaque 10a est monotone.
[0042] Par ailleurs, la courbe d'angle d'attaque comporte trois ondulations d'angle d'attaque β s'étendant à partir du pied de pale 12, sur une plage de hauteurs de la pale 10 correspondant à 0 < h/H < 0,3 (soir environ un tiers de la hauteur de la pale 10). La courbe d'angle d'attaque comporte en outre trois ondulations d'angle d'attaque β s'étendant à partir de la tête de pale 14, sur une plage de hauteurs de la pale 10 correspondant à 0,7 < h/H < 1 (soir environ un tiers de la hauteur de la pale 10), de préférence 0,8 < h/H < 1. Entre un minimum et un maximum de la courbe d'angle d'attaque, l'amplitude de variations de l'angle d'attaque β est comprise entre 0.5° et 10°, de préférence entre 0.5° et 5°, de préférence encore entre 1° et 3°. En outre, sur une plage de hauteurs de la pale 10 correspondant à 0,3 < h/H < 0,7, de préférence 0,2 < h/H < 0,8, la courbe d'angle d'attaque β est monotone.
[0043] Les ondulations de bord d'attaque 10a et les ondulations d'angle d'attaque β présentent un déphasage entre elles. En d'autres termes, pour une hauteur hl donnée de la pale 10, correspondant à un maximum M 10a d'une ondulation de bord d'attaque, la courbe d'angle d'attaque présente, pour cette même hauteur hl, un minimum ηηβ. Inversement, pour une même hauteur h2 donnée, un maximum Μβ d'une ondulation d'angle d'attaque correspond à un minimum mlOa d'une ondulation de bord d'attaque.
[0044] La combinaison de ces ondulations de bord d'attaque et d'angle d'attaque, leur disposition au niveau du pied de pale 12 et de la tête de pale 14 et leur déphasage permettent d'obtenir un profil du bord d'attaque 10a de pale 10 présentant l'avantage de limiter le phénomène de décollement au niveau du pied de pale 12 et de la tête de pale 14, et ainsi d'améliorer la marge au pompage. Lorsque cette configuration de bord d'attaque de pale est appliquée à toutes les aubes d'une roue à aube, et à toutes les roues à aubes (redresseurs) d'un compresseur axial, la marge au pompage peut être améliorée par exemple de 2%, sans avoir à réduire le débit, le taux de compression et le rendement du compresseur.
[0045] Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims

REVENDICATIONS
1. Aube configurée pour être placée avec une pluralité d'aubes identiques de manière à former une roue à aubes (1) de moteur aéronautique, l'aube comportant un pied (12) et une tête (14) à ses extrémités, la roue à aubes définissant un axe (A), l'aube comportant une pale (10) présentant un bord d'attaque (10a) et un bord de fuite (10b), la courbe de bord d'attaque décrivant la forme du bord d'attaque (10a) de la pale (10) dans une vue perpendiculaire à la pale (10) présentant au moins une ondulation de bord d'attaque (10a), ladite au moins une ondulation de bord d'attaque (10a) s'étendant sur moins de 30% d'une longueur (H) de la pale depuis le pied de pale (12), et au moins une ondulation de bord d'attaque (10a) s'étendant depuis la tête de pale (14) sur moins de 30% de la longueur (H) de la pale (10), la courbe de bord d'attaque (10a) étant monotone sur la plage allant de 30% à 70% de la longueur (H) de la pale, et
un angle d'attaque (β) étant un angle entre la tangente (T) à la courbe squelette (20) au bord d'attaque (10a) de la pale (10) et l'axe (A) de la roue à aubes dans une vue suivant la direction longitudinale de la pale, une courbe d'angle d'attaque (β) décrivant évolution de l'angle d'attaque (β) le long de la pale (10) présente au moins une ondulation d'angle d'attaque (β) s'étendant sur moins d'un tiers de la longueur (H) de la pale depuis le pied de pale (12), et la courbe d'angle d'attaque (β) présente au moins une ondulation d'angle d'attaque (β) s'étendant depuis la tête de pale (14) sur moins d'un tiers de la longueur (H) de la pale (10).
2. Aube selon la revendication 1, dans laquelle la courbe de bord d'attaque (10a) présente deux ou trois ondulations de bord d'attaque (10a) s'étendant depuis le pied de pale (12) sur moins d'un tiers de la longueur (H) de la pale (10), et/ou deux ou trois ondulations de bord d'attaque (10a) s'étendant depuis la tête de pale (12) sur moins d'un tiers de la longueur (H) de la pale (10).
3. Aube selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la courbe d'angle d'attaque (β) présente deux ou trois ondulations d'angle d'attaque (β) s'étendant depuis le pied de pale (12) sur moins d'un tiers de la longueur (H) de la pale (10), et/ou deux ou trois ondulations d'angle d'attaque (β) s'étendant depuis la tête de pale (14) sur moins d'un tiers de la longueur (H) de la pale (10).
4. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle, une ondulation étant une partie de courbe située entre deux minimums et comprenant un unique maximum, au moins un maximum (MIOa) d'une ondulation de la courbe de bord d'attaque (10a) est disposé plus près, suivant la direction longitudinale de la pale (10), d'un minimum (ιτιβ) de la courbe d'angle d'attaque (β) que d'un maximum ( β) d'une ondulation d'angle d'attaque (β).
5. Aube selon la revendication 5, dans laquelle au moins un maximum (MIOa) compris dans une ondulation de la courbe de bord d'attaque (10a) est disposé sensiblement à la même position, suivant la direction longitudinale de la pale (10), qu'un minimum (ιηβ) délimitant une ondulation d'angle d'attaque (β).
6. Roue à aubes (1) comportant une pluralité de d'aubes selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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