Brevet FR2334855A1 — publié le 19770708

La présente invention concerne des aubes de compresseurs axiaux comportant un bord antérieur en flèche arrière pour un compresseur axial présentant un domaine de travail élargi. Des aubes en flèche avant ou en flèche arrière sont connues sous différentes formes. Ces aubes présentent mi5me à des vitesses d'écoulement élevées encore un bon rendement puisque les pertes provoquées par des eftets de compressibilité pour des nombres de Mach élevés se trouvent réduites. Ces pertes sont influencées de manière déterminante par le seul nombre de Mach résultant de la composante de vitesse perpendiculaire au bord antérieur et de la vitesse locale du son. Le même effet est également obtenu pour le bord postérieur de l'aube lorsque celui-ci est en flèche. En dépit des avantages mentionnés ce type d'aube nra jusqu'à présent pas été adopté dans la pratique. Ceci est dû au risque, particulièrement prononcé pour ces aubes, de voir l'écoulement décoller de manière incontralée au niveau du bord antérieur de l'aubes provoquant ainsi le phénomène de "pompage" du compresseur. Ce décollement de l'écoulement ne se produit pour cet aubage que pour des débits qui, dans des conditions de pression déterminées, se situent à gauche de la limite de pompage. En conséquence, la présente invention crée un type d'aube qui évite ces inconvénients et offre en mme temps l'avantage d'une vitesse d'afflux élevée à l'aube. Or, il s'est â présent avéré qu'une aube de compresseur axial du genre mentionné peut entre obtenue lorsque le tourbillon produit au bord antérieur à partir du moyeu est déterminant pour la force ascensionnelle ou force circonférentielle de l'aubage. En outre, suivant la présente invention, grâce à la configuration du tourbillon le domaine de travail de l'aube se trouve élargi et le tourbillon formé au bord antérieur permet d'amincir la couche limite du coté refoulement et du côté aspiration de l'aube et d'élargir ainsi la plage de travail de cette derniere. De plus, il est prévu suivant l'invention que le bord antérieur en flèche arrière de l'aube soit en même temps affûté ou que la force ascensionnelle ou la force circonférentielle de l'aubage soit produite de manière déterminante par un tourbillon au bord antérieur et par la circulation autour de l'aube. Enfin, suivant encore d'autres caractéristiques de la présente invention, le bord antérieur de l'aube est affûté de telle sorte que dans n'importe quelles conditions de fonctionnement l'écoulement décolle au bord antérieur de l'aube et le bord antérieur de l'aube est incliné par rapport à la direction d'afflux de telle sorte que la composante M' de la vitesse d'afflux M, qui détermine le comportement aérodynamique de l'aubage, se situe dans le domaine subsonique et le bord pos térieur présente, éventuellement, un contour incliné par rapport à ltécoulement méridien. Comme on le sait, l'évolution en matière d'aubage pour compresseurs axiaux est inspirée par la recherche de vitesses d'écoulement ou de rotation élevées compatibles avec un large domaine de travail des machines. Dans cette optique il est proposé suivant la préseniation un aubage pour compresseur qui est déåà connu en soi et étudié dans la conception d'ailes d'avions. L'invention est expliquée plus en détail ci-dessous à l'aide des dessins annexés. La fig. I montre pour une aube en flèche les conditions de décollement de l'écoulement provoquant le phénomène de pompage. Les fig. 2a et 2b représentent respectivement pour une aube à bord antérieur en flèche et pour une aube à bord postérieur en flèche l'effet des conditions de vitesse sur les pertes de rendement. La fig. 3 montre le tourbillon et la circulation s'établissant au bord antérieur en flèche d'une aube suivant l'invention. Les fig. 4a et 4b représentent la différence dans les conditions de décollement de l'écoulement entre une aube classique et une aube suivant l'invention. Au diagramme de la fig. 7 où m désigne le nombre de Mach et n désigne le rapport de pression sont illustrées les conditions de décollement de l'écoulement responsables du phénomène de pompage. Aux fig. 2a et 2b est représenté respectivement pour une aube à bord antérieur en flèche et pour une aube à bords antérieur et postérieur en flèche le nombre de Mach déterminant pour les pertes de rendement. C'est seulement enafûtant, suivant la présente invention, le bord antérieur de l'aube que la limite de pompage peut être suffisamment déplacée vers la gauche pour permettre à cet aubage d'être utilisable sur le plan pratique. Grâce à un affûtage approprié du bord antérieur en flèche arrière l'écoulement décolle au niveau de celui-ci pour n'importe quel point de fonctionnement et non pas seulement à la limite de pompage. Etant donné que le bord antérieur est en flèche et que par conséquent l'écoulement se fait à partir du côté refoulement vers le côté aspiration de l'aube, il se forme un tourbillon 1 et un tourbillon 2 avec la circulation / > dont l'axe médian s'étend à peu près parallèlement au bord antérieur (fig.3). La différence entre cet aubage et celui de la technique antérieure est illustrée aux fig. 4a et 4b où K représente l'angle d'attaque et Ca le coefficient de force ascensionnelle. Alors que dans le cas de l'agencement usuel (fig. 4a) l'écoulement au point A s'appuie encore contre le profil et ne décolle sensiblement qu'au point B, l'écoulement dans le cas du profil à tourbillon (fig. 4b) a déjà décollé au point A, c'est-à-dire qu'il se trouve décollé sur l'ensemble du domaine de fonctionnement désiré. La force ascensionnelle ou la force circonférentielle de l'aube est obtenue par la circulation /7' du tourbillon et celle autour de l'aube r . Etant donné que le tourbillon attire de la matière constitutive de la couche limite tant du côté refoulement que du côté aspiration, la couche limite subsistant sur la surface de l'aube se trouve réduite en épaisseur et, par conséquent, le risque d'un décollement de l'écou- lement sur l'aube, c'est-à-dire une diminution de la circulation de l'aube r ,est réduit. Par conséquent, le domaine de fonctionnement de cet aubage se trouve élargi par le tourbillon stable formé au bord antérieur et, du fait que la couche limite à la surface de l'aube est aspirée par le tourbillon au bord antérieur, le décollement de la couche limite de l'aube se trouve repoussé vers de faibles débits. De plus, la flèche du bord antérieur par rapport à la hauteur de l'aube est adaptée aux conditions locales de vitesse de manière à respecter toujours l'angle nécessaire à la formation du tourbillon au bord antérieur. REVENDI CAltIONS 1 - Aube de compresseur axial comportant un bord antérieur en flèche arrière pour un compresseur axial présentant un domaine de travail élargi, caractérisée en ce qu'un tourbillon formé au niveau du bord antérieur à partir du moyeu est déterminant pour la force ascensionnelle ou la force circonférentielle de l'aubage. 2 - Aube de compresseur axial suivant la revendication 1, caractérisée en ce que.le domaine de fonctionnement dé l'aube est élargi par la formation du tourbillon. 3 - Aube de compresseur axial suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le tourbillon formé au bord antérieur a pour effet de rendre plus mince la couche limite tant du côté refoulement que du côté aspiration de l'aube et, par suite, d'élargir le domaine de travail de l'aube. 4 - Aube de compresseur axial suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le bord antérieur en flèche arrière de l'aube est en même temps affûté. 5 - Aube de compresseur axial suivant l'une quelconque des revenciations 1 à 4, caractérisée en ce que la force ascensionnelle ou la force circonférentielle de l'aubage est produite de manière déterminante par un tourbillon au bord antérieur et par une circulation autour de l'aube. 6 - Aube de compresseur axial suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le bord antérieur de l'aube est affûté de telle sorte que dans n'importe quelles conditions de fonctionnement l'écoulement décolle au niveau du bord antérieur de l'aube et en ce que le bord antérieur de l'aube est incliné par rapport à la direction d'afflux de telle sorte que la composante M' de la vitesse d'afflux M, qui détermine le comportement aérodynamique de l'aubage, se situe dans le domaine subsonique et en ce que le bord postérieur présente éventuellement un contour incliné par rapport à l'écoulement méridien.