Brevet FR2145432A1 — publié le 19730223

La présente invention concerne une soufflante ou compresseur pour moteur à turbine à gaz. La réduction du bruit produit par les différents organes d'un moteur à turbine à gaz a pris une grande importance. Au cours de l'atterrissage d'un avion propulsé par un tel moteur, une des principales causes du niveau de bruit audible au sol provientdes premiers étages du compresseur basse pression ou soufflante. Les travaux du Demandeur ont établi qu'une grande partie de ce bruit, surtout quand le premier étage du compresseur n'a pas d'aubes de guidage d'entrée, est dA à l'interaction des ex trématés d'aubes avec la couche limite de turbulence sur la paroi du conduit de flux dérivé. La présente invention a pour objet de réaliser un compresseur ou soufflant dans lequel cette source de bruit est réduite ou pratiquement éliminée. Le compresseur basse pression pour moteur à turbine à ga selon l'invention comprend un rotor ayant au moins une rangée d'aubes tournant dans un conduit pourvu d'une fente permettant à une fraction suffisante de la couche limite de turbulence de quitter la surface du conduit pour qu'au cours du ònctionnement du moteur les pointes des aubes ne se déplacent pas dans cette couche. Dans un mode de réalisation préféré, le conduit est annulaire et l'axe du rotor coïncide avec l'axe du conduit, de sorte que les pointes des aubes longent de très près la paroi du conduit sur toute la circonférence. Dans ce cas la fente sera, de préférence, une fente complètement annulaire placée immédiatement en avant du bord d'attaque des aubes. Pour éliminer suffisamment la couche limite, il pourra être nécessaire d'exercer une aspiration sur la fente. L'invention donnera son maximum d'avantages quand elle sera appliquée au premier étage de compression du moteur et quand il n'y aura pas d'aubes de guidage d'entrée en amont du rotor. L'invention s'applique donc en particulier à une soufflante à un seul étage sans aubes de guidage d'entrée. L'invention va être décrite en se référant au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple, et représentant schématiquement une coupe d'une soufflante de moteur à turbine à gaz selon l'invention. On y voit une soufflante comprenant un arbre de rotor 10 sur lequel est montée une rangée unique d'aubes mobiles 11. En amont des aubes 11, une ogive 12, placée à l'entrée, dirigeant la pénétration de l'air dans le conduit, sans remous. Le rotor est monté concentriquement dans le conduit annulaire 13, dont I'ouverture d'entrée 14 est évasée en cloche, et les aubes de la soufflante sont disposées de façon que leurs pointes ne présentent qu'un jeu réduit avec le conduit 13. Immédiatement en amont des aubes 11, le conduit 13 est interrompu par une fente annulaire 15 occupant toute la circonférence du conduit. Cette fente communique avec un collecteur 16 fragmentant l'écoulement annulaire en une pluralité de filets séparés qui sont ensuite aspirés par un dispositif d'aspiration 17. Le dispositif fonctionne de la façon suivante : s'il nlfr avait pas de fente 15, quand les aubes tournent, le jeu existant entre les aubes et la surface interne du conduit est tel que les pointes des aubes se déplacent dans la zone de la couche limite turbulente du conduit. Dans ces conditions, les pointes des aubes produisent un bruit considérable dû à la combinaison de la composante du bruit provenant de l'action des pointes d'aubes dans la couche limite turbulente et des composantes des multiples de la fréquence des passages d'aubes produites par l'action des pointes d'aubes et des irrégularités plus importantes de la couche limite. En vue d'éliminer, ou tout au moins de réduire, cette source de bruit, la fente 15 est placée, et ses dimensions sont calculées, de façon à écarter la couche limite de la paroi du conduit dans des proportiàns telles que cette couche flue se sera pas suffisamment constituée quand elle atteindra les aubes du compresseur pour que celles-ci se déplacent à l'intérieur de la zone de turbulence. On comprendra que ceci élimine cette source particulière de bruit. Unnontage expérimental, typique de soufflante, a révélé qutune fente complètement annulaire, de largeur radiale d'environ 11,5 mm, devait etre placée à environ 50 mm en avant du bord d'attaque des pointes d'aubes. Il est évident que les dimensions de la fente et la distance qui la sépare des pointes d'aubes doivent être adaptées à chaque cas particulier et tenir compte des facteurs de vitesse propres. A l'aide du montage expérimental utilisé, on a consta té une atténuation d'environ 8 décibels des composantes harmoniques supérieures de la fréquence de passage d'aubes et une atténuation un peu plus faible des composantes inférieures. On pense qu'une légère augmentation de la fréquence de passage d'aubes est de à de légères irrégularités du dispositif d'aspiration qui doit être très bien réglé pour assurer la disparition de la couche limite, d'une façon uniforme sur tout le pourtour du conduit. On pense en outre que la diminution des composantes inférieures et de celles du moteur proviennent de l'élimination des petites turbulences, tandis que la diminution des harmoniques de passage d'aubes provient de la réduction et de la régularisation des turbulences plus importantes. Bien que l'invention ait été décrite en se référant à une soufflante d'essai à un seul étage, on comprendra qu'elle s'applique, en fait, à tout compresseur ou soufflante de moteur à turbine à gaz dans lequel les pointes d'aubes sont susceptibles de se mouvoir dans une zone d'écoulement d'une couche limite turbulente. C'est ainsi que le premier étage d'un compresseur à plusieurs étages pourrait voir son bruit diminuer dans une certaine mesure par l'application de la présente invention, bien que, dans la plupart des cas, les compresseurs munis d'aubes de guidage d'entrée produisent plus de bruit du fait d'autres causes que celles traitées par la présente invention. I1 en résulte donc que l'invention ne donne son maximum d'avantages qu'avec un compresseur à un seul étage dépourvu d'aubes de guidage d'entrée. En outre, bien que l'invention ait été décrite en se référant à une soufflante tournant dans un conduit annulaire, elle peut s'appliquer à des conduits présentant d'autres formes. C'est ainsi que, si on voulait l'appliquer à un conduit non annulaire, il suffirait d'éliminer la couche limite dans les parties seulement où les pointes d'aubes se déplacent dans cette zone de turbulence. Enfin, bien qu'on ait mentionné l'utilisation d'un dispositif d'aspiration pour éliminer la couche limite, ceci peut etre fait au moyen de zones de dépression existant dans le moteur auxquelles la fente pourrait être raccordée, ce qui permettrait d'éviter l'emploi de pompes ou engins analogues. REVENDICATIONS 1. - soufflante ou compresseur pour moteur à turbine à gaz comprenant un rotor ayant au moins une rangée d'aubes tournant dans un conduit pourvu d'une fente permettant à une fraction suffisante de la couche limite turbulente de quitter la surface du conduit pour qu'au cours du fonctionnement du moteur les pointes des aubes ne se déplacent pas dans cette couche. 2. - Soufflante ou compresseur selon la Revendication 1, dans laquelle le conduit est annulaire et l'axe du rotor cofncide avec l'axe du conduit, de façon que les pointes des aubes longent de très près la paroi du conduit sur toute la circonférence. 3. - Soufflante ou compresseur selon la Revendication 2, dans laquelle la fente est complètement annulaire et placée immédiatement en avant du bord d'attaque des aubes. 4. - Soufflante ou compresseur selon une des Revendications 1 à 3 dans lequel, au cours du fonctionnement du moteur, un dispositif d'aspiration exerce son action sur la fente. 5. - Soufflante ou compresseur selon une des Revendications 1 à 4 caractérisée en outre en ce qu'elle ne comporte qu'un seul étage de compression et est dépourvue d'aubes de guidage d'entrée. 6. - Soufflante ou compresseur telle que décrite et représentée dans la description et les dessins. 7. - Moteur à turbine à gaz équipé d'une soufflante ou compresseur selon une des Revendications 1 à 6.