Brevet FR2584136A1 — publié le 19870102

La présente invention concerne des pièces aérodynamiquement profilées (pièces à profil d'ailette) pour moteurs à turbine à gaez. Par exemple, les aubes directrices de tuyère qui sont situées immédiatement en aval du brûleur d'un moteur à turbine à gaz. Le râle de ces aubes est de recevoir les produits de combustion depuis le brûleur, et de diriger ces produits vers -et dans- la turbine haute pression d'aval avec un angle correct. En s'écoulant b travers les passages définis par des aubes directrices adjacentes et les parois circonférencielles intérieures et extérieures, l'écoulement est soumis à des pertes aérodynamiques, comprenant des pertes dues aux écoulements secondaires. Dans le cadre de cette invention, les écoulements secondaires peuvent être considérés comme des écoulements ayant des vecteurs vitesse qui diffèrent sensiblement des vecteurs d'écoulement principal souhaité du gaz moteur. L'existence de ces écoulements est bien connue, mais il y a quelque incertitude concernant la quantité de pertes engendrées par eux, ou concernant le mécanisme des pertes lui-même. On pense qu'une cause d'écoulements secondaires est le mouvement des couches 1 5 limites des parois d'extrémités depuis la surface de pression vers la surface d'aspiration de l'aube sous l'influence de gradients de pression statique dans la direction circonférencielle. Dans de nombreux ces, l'écoulement dans la direction circonférencielle est alimenté par un fluide de couche limite de surface de pression entraîné vers les parois d'extrémités par des gradients radiaux de pression statique sur la surface de pression. Le fluide à basse énergie se déplace vers les angles de la surface d'aspiration o une perte engendrant un noyau se forme. Ces écoulements secondaires peuvent être contrôlés de l'une ou des deux manières suivantes. Le départ des noyaux de pertes des angles de surfaces d'aspiration peut être retardé en réduisant ou en déplaçant ensemble les gradients de pression radiaux de surface de pression, et le développement rd'un noyau de pertes, une fois initié, peut être réduit. 2 5 Un des objectifs de la présente invention est un renversement des gradients de pression radiaux de surface de pression, et une diminution du développement des noyaux de pertes d'angles de surface d'aspiration en dirigeant la couche limite de la surface d'aspiration vers les parois d'extrémités. La conception de l'aube pour atteindre cet objectif comprend une variation dans l'épaisseur de l'aube à différentes positions radiales (d'envergure), de façon telle que l'aube tende à être plus épaisse dans la partie médiane, et plus mince à ses extrémités. Ceci a pour effet de produire une aube sensiblement en forme de tonneau et un passage entre aubes adjacentes dont la section est sensiblement en forme de sablier. Selon son sens le plus large, la présente invention propose une pièce à profil d'ailette pour un moteur à turbine à gaz, la pièce ayant une surface de pression comprenant un flanc 3 5 concave, et une surface d'aspiration comprenant un flanc convexe, ces deux flancs s'étendant radiolement entre les extrémités de l'aube, la pièce étant délimitée par un empilement de 8 4 136 sections élémentaires c'ailette, l'épaisseur de chaque section élémentaire d'ailette à des positions entre les extrémités de la pièce variant de façon telle que les flancs convexes et concaves sont convexes dans la direction de l'envergure le long de la pièce. Dans quelques exemples d'une pièce selon le présente invention, l'un ou l'autre des flancs de la pièce peut être parabolique dans la direction de l'envergure. La présente invention va maintenant être décrite plus particulièrement, en référence aux dessins ci-joints, sur lesquels: la figure 1 est une demi-élévation schématique d'un moteur à turbine à gaz auquel la présente invention peut être appliquée; la figure 2 est une section transversale typique, à travers un passage d'écoulement défini par une paire d'aubes directrices de tuyère conventionnelles; la figure 3 est une vue en perspective d'une aube directrice de tuyère selon la présente invention; et, la figure 4 est une section transversale à travers un passage d'écoulement défini par 1 5 une paire d'aubes directrices de tuyère adjacentes, chacune d'une conception selon la présente invention. En se référant à la figure 1, un moteur à turbine à gaz 10 du type à soufflant avant, à taux de dilution élevé, comprend un système haute pression, ayant un compresseur haute pression 12, un système de combustion 14, et une turbine haute pression 16 entraînant le compresseur 12. Lesystèmedecombustion reçoit le carburent et l'air d'olimentation depuis le compresseur 12, et les produits de combustion sont déchargés vers le compresseur haute pression vie un réseau rd'aubes directrices 18 de tuyère espacées circonférenciellement les unes des autres. Des aubes directrices adjacentes définissent des passages 20 (figure 2), à travers lesquelles s'écoulent les gaz moteurs à haute vitesse et haute température. Sur la figure 2, le passage 20 est définl par la surface d'aspiration (SS) cd'une aube, le surface de pression (PS) de l'aube adjacente, et les parois d'extrémités 22, 24, respectivement intérieures et extérieures. Les surfaces d'aspiration et de pression s'étendent toutes deux dans des directions sensiblement radiales, et des tourbillons appelés tourbillons de passage sont formes dans la partie centrale du passage, tandis que des tourbillons appelés tourbillons en fer à cheval sont formées dans les angles du passage. Les flèches en traits pleins montrent la direction des passages et les tourbillons en fer à cheval, tandis que les flèches en trait interrompu montrent la direction des gradients de pression, dans le sens décroissant. Les couches limites sur les parois d'extrémités tendent à se déplacer depuis la surface 3 5 de pression vers la surface d'espiration sous l'influence des gradients de pression de passage transversal. Dans de nombreux cas, l'écoulement de passage transversal est alimenté par le fluide des couches limites de surface de pression entraîné vers les parois d'extrémités par 8 4 136 les gradients de pression sur la surface de pression. Le fluide à basse énergie se déplace vers les angles de surface d'aspiration o un noyau de perte se forme. La conception d'aubes selon la présente invention a pour but de renverser les gradients de pression radieux de surface de pression et de réduire le développement de pertes de pression de surface d'aspiration en dirigeant la couche limite de surface d'aspiration vers les parois d'extrémité. On considère que ce dernier écoulement va favoriser les tourbillons dans les angles de surface d'aspiration par opposition au tourbillonnement de passage dominant. Une aube conçue pour créer ces conditions est représentée sur la figure 3, et la forme du passage 20, formée par une paire de telles aubes adjacentes, est représentée sur la figure 1 0 4. On verra que le gradient de pression radial de surface de pression a été renversé, en comparaison à celui qui est représenté sur la figure 2, et que, sur la surface d'aspiration, la couche limite est poussée à s'écouler vers les parois d'extrémités 22, 24 par les gradients de pression radieux sur cette surface. A partir de la figure 3, on remarquera que cette approche de conception produit une 1 5 aube oyant une forme de "tonneau". Et en conséquence, un passage ayant une forme de "sablier". Il peut s'avérer nécessaire, de façon à obtenir une forme de surface de pression souhaitée, d'utiliser un faible degré d'inclinaison composée. Cette Inclinaison composée peut varier entre les parois d'extrémités intérieures et extérieures, et les conditions pour l'orthogonalité de gorges ne devraient pas être affectées dans de grandes proportions. La forme à trois dimensions de l'aube, et ainsi le passage entre aubes adjacentes, variera selon l'application. Dans tous les cas, l'aube sera plus épaisse dans le milieu pour produire la forme de tonneau, les flancs de surface de pression et d'aspiration peuvent suivre une variété de formes et de courbes dans le sens radial, notamment parabolique. Tandis que l'invention a été décrite en relation à une aube directrice de tuyère pour un 2 5 moteur à turbine à gaz, elle peut s'appliquer à un réseau d'aubes, REVENDICATIONS 1. Pièce à profil crailette pour un moteur à turbine i gaz, cette pièce ayant une surface de pression comprenant un flanc concave et une surface craspiration comprenant un flanc convexe, ces deux flancs s'étendant radialement entre les extrémités de la pièce, la pièce étant définie par un empilement de sections élémentaires d'ailettes, caractérisée en ce que l'épaisseur de chaque section élémentaire deailette e des positions entre les extrémités (22, 24) de la pièce (18) variant de façon telle que, à la fois les flancs convexes et concaves sont convexes dans le direction de l'envergure le long de 18 pièce (18). 2. Pièce à profil d'ailette selon la revendication 1, dans laquelle au moins un desdlts flancs est parabolique. 3. Pièce à profil crailette selon la revendication 1 ou la revendication 2, sous la forme d'une aube directrice de tuyère de moteur à turbine à gaz. 4. Moteur à turbine à gaz comprenant une pièce à profil d'ailette telle que revendiquée dans l'une ou l'autre des revendications précédentes.