Brevet FR2590933A1 — publié le 19870605

La presente invention concerne une aube réfrigérée pour moteur à turbine à gaz À Ces aubes ont pcur fonction d'exercer une action aérodynamique réciproque avec le courant gazeux du moteur en vue d'un résul- tat déterminé et la forme de la partie aérodynamiquement pro- filée de l'aube a donc une importance primordiale mais, mal- heureusement, cette forme aérodynamique a également une influ- ence sur l'espace disponible, dans la partie aérodynamiquement profilée, pour les dispositifs réfrigérants. A mesure que la connaissance de l'aérodynamique des ailes, ou pales, profilées progressait, la forme de ces dernières a évolué pour aboutir aux formes actuelles tendant à ménager des parties aval assez minces et dont le degré d'incurvation peut varier sur l'éten- due de la longueur du plan profilé. Visiblement, il est dif- 1 5 ficile de loger un dispositif réfrigérant dans une telle par- tie aval amincie d'une aube, surtout si l'on tient compte de l'effet néfaste d'une veine laminaire d'air réfrigérant venant troubler le courant d'air rapide sur la face aspirante de cette zone aval La présente invention a pour but de réaliser une aube compor- tant un di:positif réfrigérant pouvant se loger dans la par- tie aval, relativement mince, du plan aérodynamiquement pro- filé tout en permettant d'obtenir un refroidissement adéquat L'aube réfrigérée pour moteur à turbine à gaz selon la pré- sente invention comporte: une aile dreuse aérodynamiquement profilée présentant une face concave ou de pression et une face convexe ou d'aspiration; une cloison séparant un comn- partiment de bord de fuite du reste de la cavité interne de l'aile; une ou plusieurs ouiertures apporpriées à laisser le courant d'air réfrigérant pénétrer dans ledit comparti- ment; une plaque d'impact perforée, montée à distance de la surface interne de la face aspirante non perforée dudit compartiment, la face de pression, opposée, comportant une série d'orifices de refroidissement laminaire; et un ou plusieurs orifices d'échappement d'air réfrigérant dans le bord de fuite de l'aile, communiquant avec l'espace situé entre ladite plaque d'impact et ladite surface interne de façon à permettre à l'air de s'échapper de l'aile après impact La, ou lesdites ouvertures pourront être ménagées dans la- dite cloison Des rangées d'ailettes ou arêtes pourront être disposées sur le chemin d'écoulement du fluide réfrigérant entre le- dit espace et le, ou lesdits orifices d'échappement d'air Ladite cloison pourra être perforée au voisinage de l'extré- mité longitudinale de l'aile profilée, éloignée de l'entrée d'air réfrigérant, de façon à obliger l'air à parcourir la longueur de la section médiane de l'aile pour la refroidir avant de pénétrer dans ledit compartiment. L'invention est décrite ci-après en détail en se référant à un exemple préféré, non limitatif, de réalisation représenté sur les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 -est une vue de c8té, partiellement écorchée, d'un turboréaoceur équipé d'aubes conformes à l'inventio l- a figure 2 est une vue perspective, en coupe, d'une aube équipant le turboréacteur de la figure 1; et - la figure 3 est une couope droite, à mi-hauteur de laile aérodynamiquement profilée, de l'aube de la figure 2 I La figure 1 montre un ttuboréaceur core[enaunt Lue soufflante , des compresseurs moyenne et haute pression 11 et 12, ue chambre de combustion 15 et des turbines haute-, moyenne et basse-pression 14, 15 et 16 Le fonctionnem=nt général du turboréacteur est classique et ne sera pas décrit en d- tail. La turbine haute-pression 14-est actionnée par les gaz chauds provenant de la chambre de combustion 13 et les gaz sont di- rigés sur la turbine par un étage d'aubes distributrices 17 Ces dernières, travaillant dans une atmosphère de gaz à très haute température, doivent être réfrigérées: les figures 2 et 5 représentent la construction des aubes 17 permettant d'assurer leur refroidissement indispensable. La figure 2 montre que chaque aube 17 cornporte un plateau interne 18 et un plateau externe 19 entre lesquels se trouve une aile creuse aérodynamiquer-ien profilé.e 20 * Lintérieur cre-ux de i'aile profilée 20 est div-isé, par- des cloisons 24 et 25, en un compartiment de bord d'attaque 21, -u tComparti- ment médian 22. et ur u -ompartim-ent de borde.îite 2:3 Les compartiments de bord dSattaque 1' e-.a 22 ta- versent le placteau interxne 18 de facon à mnagee d2s -cri fices d'entrde d'air r'fri2riant Nror ttair r-a % frigérant est prélev sur l'es derîrier- étaSes du comresseur- haute pression 1G et conduit, a delà 'e l=a hambre de com- bustion 13, à la face iiféritelre du plateau --kerne ï 5 il pourra ensuite pnétrer danes les com-partimets 21 et 22 comme indicqué sur la figure 2. Le compartiment de bord d'attaçue 21 est u4ipe d'un système classique de refroidissement à tube d'impact et film réfri- gérant semblable à celui décrit dans le brevet britanniq e antérieur N 1. 355.558, des mSnes titulaires et qui ne sera pas décrit ici plus en détail Dans le compartiment médian 22, l'air réfrigérant s'écoule dans le sens longitudinal de l'aube jusqu'au voisinage de l'extrémité de l'aile profil6e adjacente au plateau externe 19. Il s'infléchit ensuite, sous l'action du déflecteur 26, pour pénétrer, par l'ouverture 27 de la cloison 25, dans le compartiment arrière (ou de bord de fuite) 23. En traver- sant le compartiment médisn 22, l'air réfrigérant produit un refroidissement par convection de cette zone de l'aube et l'efficacité de ce refroidissement est augmentée par la présence de nervures 28 saillant de la surface interne de ce comp.rtiment, transversalement au sens général d'écoulement de l'air réfrigérant Dans le compartiment arrière 23 est montée une plaque d'im- pact perforée 29, faiblement espacée de la surface interne de la face aspirante convexe dudit compartiment. Cette plaque recouvre la partie principale de cette surface dudit compartiment et la dimension des perforations ainsi que l'espacement entre la plaque et ladite surface sont établis de façon à garantir que l'air réfrigérant s'écoulera sous forme de jets venant frapper ladite surface pour la refroi- dir. Ceci permet de refroidir efficacement la face aspirante convexe dudit compartiment sans avoir à laisser l'air réfri- -érant traverser la paroi de l'aile profilée et venir trou- bler l'écoulement rapide dans cette région La plaque 29 n'a pas besoin d'être très épaisse et doit donc 4tre soutenue d'une façon ou d'une autre. Dans l'exemple représenté, ce soutien est fourni par des nervures 30 sail- lant de la face aspirante du compartiment, et par des protu- bérances 31, séparées les unes des autres, saillant de la face de pression, opposée, dudit compartiment. Les protu- bérances 31 maintiennent la plaque 29 contre les nervures 30 quand l'aube ne travaille pas; lorsqu'elle travaille, la pression de l'air réfrigérant appuie la plaque contre les nervures 30. La plaque est également maintenue par une nervure longitudinale d'étanchéité au voisinage de la cloi- son 25, cette cloison soutenant le bord d'attaque de la plaque. Cette nervure s'étend également dans le sens de la corde du compartiment arrière 23 pour soutenir les bords su- périeur et inférieur de la plaque. Pour compléter ce sou-. tien en encadrement de la plaque, une autre nervure s'étend le long de la surface de la face concave de l'aile profilée adjacente aux arêtes 34 pour soutenir le bord de fuite de la plaque 29 À La face concave de pression, opposée, du compartiment 23 est percée d'une série d'orifices de refroidissement lami- naire qui, dans l'exemple représenté, comporte deux rangées 32 et 33 espacées l'une de l'autre de façon à permettre la formation d'une couche d'air réfrigérant sur la majeure partie de la surface considérée. 0e genre de réfrigération peut être utilisé sur cette sur- face lorsque les vitesses d'écoulement de l'air ne sont pas trop élevées et que les pertes ddes à l'interférence du courant réfrigérant laminaire ne sont pas considérables Dans la zone extrême du bord de fuite du compartiment 23, une pluralité d'arêtes 34 et de nervures 35 Joignent les faces opposées du bord de fuite de l'aile profilée, par ailleurs séparées pour former un orifice, ou fente, d'éjec- tion d'a4r 36. En fait, ces nervures 35 pourront être des prolongements des nervures 30. Sur la figure 3, on voit que l'air pénétrant dans le compartiment 23 ne peut s'en échapper que par les orifices de refroidissement laminaire 32 et 33 ou, à travers la plaque perforée 29% per la fente 36 À En s'éeoulant depuis l'intervalle séparant la plaque 29 de la surface du compartiment jusqua fair sur les arêtes 34 et sur les nermres 35 e- assure ainS.Si -le refroidissement de la zone du bord exrme de fui-e de 'aile profilée le ':u:oLt'omemxent du sys-me rl f rigérayi des par-ties médiane e rd de Tite de l aile oonsisste donc en ce que llair ez-.fezrn-s- pe.nere dans le compartiment médiaz. 22 el en as szr le G efroidissemeu. par oonve oio o A oe stade@ i'ai est asses froid et le refroidissement par conectioUon, assis- crtsu refoiaissemen laminaire, Sifit' pour cet4t-e la'óe...-*' e L r pas par-ie m Une partie de lir _ passe -ar les orifices 52 et 55 3oour as- :urer ze r'efroi isseyaent laminaire de la face de pression de cette zone de l'aile, -am-dis que le reste de laî- traverse a plaque perforée 29 pouw venir resfroidir, par impact% la face asrîrante de cette zone de l'aile Cet ae.i après i pact, passe sur les arstes 54 et sur les 5nezmznes 35 et quitte l' ile par la fente 36 pour rejoindre le courant prin- ecipal des gaz du moteur On voit donc que le seul élément de construction indispen- sable à 1' int&;rieur du compartiment 23 pour asz-.urer ce re- froidissement est 1, plaque 29. Comme cette plaque est très mince et très souple, elle peut itre montée faciiement dans le compartiment 23, assez etroit et non recniigne, et dont les dimensions et la forme sont resserrées du fait de la forme de l'aile profilée. On obtient ainsi = yste: e rè - frigérant efficace en dzépit du faible espace d-iponible I1 est évident que le mode de rdalisaion de l'invention qui vient d'être décrit est eueoeptible ie diverses modifica- tions. C'est ainsi qu'il sera possible d'employer un sys- tème réfrigérant different poiur la partie médiane et la par- tie de bord d'attaque de.l'aile de l'aube et, bien que parti- culièrement utile pour une aube fixe, l'invention est égale- ment utilisable pour le refroidissement de la partie de bord de fuite d'une aube de rotor REVEINDICAT IONS 1. Aube réfrigérée pour moteur à turbine à gaz comportant: une aile creuse aérodynamiquement profilée présentant une face concave ou de pression etune face convexe ou d'aspi- ration; une cloison séparant un compartiment de bord de fuite du reste de la cavité interne de l'aile; et une ou plusieurs ouvertures appropriées à laisser le courant d'air réfrigérant pénétrer dans ledit compartiment, carac- térisée en ce qu'elle comporte une plaque d'impact perfo- rée (29) montée à distance de la surface interne de la face aspirante non perforée dudit compartiment, la face de pression, opposée, comportant une série d'orifices de refroidissement laminaire (32, 33) et un ou plusieurs orifices d'éjection d'air réfrigérant (36) dans le bord de fuite de l'aile, communiquant avec l'espace situé entre ladite plaque d'impact (29) et ladite surface de façon à permettre à l'air de s'échapper de l'aile après impact. 2. Aube réfrigérée selon la Revendication 1, caractérisée en ce que la ou lesdites ouvertures (27) sont ménagées dans ladite cloison (25). 3. Aube réfrigérée selon la Revendication 2, caractérisée en ce que ladite cloison (25) est perforée (27) au voisinage de l'extrémité longitudinale de l'aile profilée, éloignée de l'entrée d'air réfrigérant dans l'aile, de façon à obliger l'air réfrigérant à parcourir la longueur de la section médiane (22) de l'aile pour la refroidir avant de pénétrer dans ledit compartiment (23). 4. Aube réfrigérée selon la Revendication 2, caractérisée en ce que ladite section médiane (22) de l'aile profilée est pourvue de nervures (28) saillant de sa surf-ce interne transversalement au sens d'écoulement de l'air réfrigé- rant à l'intérieur de ladite section 5. Aube réfrigérée selon la Revendication 1, caractérisée en ce que des rangées d'ailettes ou d'arêtes (34) sont dis- posées sur le chemin d'écoulement de l'air réfrigérant entre ledit espace et le, ou lesdits orifices d'éjection d'air (36).