Brevet FR2675535A1 — publié le 19921023

Ailette à partie centrale intérieure creuse La présente invention concerne une ailette à partie centrale intérieure creuse et, plus particulièrement, une ailette à partie centrale intérieure creuse comprenant des raidisseurs s'étendant dans le sens de la profondeur de l'ailette. Les turboréacteurs modernes Éà double flux comprennent des ailettes de grande profondeur pour améliorer leur rendement aérodynamique On peut utiliser des ailettes creuses pour réduire à un minimum le poids du système On peut fabriquer des ailettes creuses en soudant mutuellement 1 o par diffusion des sections d'ailettes usinées préalablement Une structure courante 'à partie intérieure creuse est basée sur l'utilisation de cloisons, appelées aussi nervures, radiales (c'est-à-dire s'étendant dans le sens de l'envergure) en vue de la charge due à la force centrifuge Ces cloisons supportent le revêtement de l'ailette en le protégeant contre les différences de pression, contre les impacts des oiseaux et contre les déformations dynamiques Les cloisons radiales procurent également de la rigidité pour un réglage de fréquence Ceci veut dire qu'en réglant l'épaisseur, la longueur et/ou le nombre de cloisons, on peut régler les fréquences de résonance de l'ailette sur des valeurs acceptables On peut aussi ajuster d'autres paramètres des cloisons radiales pour obtenir des caractéristiques voulues d'ailettes. D'autres conceptions comprennent des cloisons alignées dans le sens de la profondeur de l'ailette, de façon sensiblement perpendiculaire aux cloisons radiales On désigne parfois cette configuration en grille par l'appellation de partie centrale "en gaufre" Ces cloisons, bien5 qu'assurant un meilleur support du revêtement et une meilleure rigidité dans le sens de la profondeur, ont leurs propres inconvénients. En premier lieu, les liaisons par diffusion des cloisons s'étendant dans le sens de la profondeur sont alignées dans une direction qui est sensible aux contraintes dues A la force centrifuge et aux vibrations en10 mode flexion Les liaisons par diffusion peuvent présenter des défauts ou discontinuités locaux (par exemple des surfaces qui ne concordent pas) qui se comportent comme des fissures ou des concentrations de contrain- tes Ces défauts réduisent, en fait, la résistance à la fatigue de l'ailette et, par conséquent, la durée de vie de l'ailette.15 Les cloisons s'étendant dans le sens de la profondeur ajoutent également un poids important à l'ailette elle-même Bien que les cloisons s'étendant dans le sens de la profondeur assurent un support au revête- ment, la majeure partie de la masse de la cloison près de la ligne moyenne de cambrure de l'ailette n'apporte que peu, voire aucune,20 rigidité supplémentaire Le poids "mort" ou "parasite" supplémentaire introduit par ces cloisons abaisse également les fréquences de résonance en flexion de l'ailette. Enfin, il peut être nécessaire d'introduire du gaz pour "regonfler" les chambres de la structure "en gaufre" après que les deux moitiés de l'ailette ont été soudées l'une à l'autre par diffusion Les cloisons de ces chambres doivent, par conséquent, comprendre des canaux d'accès, lesquels peuvent introduire des concentrations de contraintes en plus de celles introduites par la liaison par diffusion elle-même En d'autres termes, en introduisant des discontinuités (par exemple des variations brusques) dans la cloison, les canaux d'accès introduisent A l'endroit de leurs bords des variations dans les concentrations de contraintes. On a aussi utilisé des raidisseurs s'étendant dans le sens de la profondeur sur les surfaces extérieures d'ailettes pleines pour obtenir une résistance accrue aux impacts des oiseaux Toutefois, des raidisseurs35 extérieurs peuvent détériorer les propriétés aérodynamiques de l'ailette. L'ailette à partie centrale intérieure creuse de la présente invention comprend une partie pied adaptée pour fixer l'ailette à un disque La partie ailette proprement dite comprend un bord d'attaque, un bord de fuite, une partie d'extrémité et un revêtement extérieur.5 L'ailette à partie centrale intérieure creuse comprend des cloisons radiales s'étendant depuis le pied jusqu'à l'extrémité Les cloisons radiales sont continues d'un bout à l'autre de l'espace creux Une pluralité de raidisseurs disposés dans le sens de la profondeur s'étendent du bord d'attaque jusqu'au bord de fuite Les raidisseurs se10 trouvent le long des revêtements de l'ailette et occupent une partie de l'espace compris entre les revêtements intérieur et extérieur Les raidisseurs se trouvant sur les revêtements intérieur et extérieur ne sont pas reliés les uns aux autres. Selon une autre caractéristique, les raidisseurs s'étendant dans le sens de la profondeur sont disposés suivant une configuration en "emu- preinte de pas" en partant du bord d'attaque et ont une longueur proportionnelle à une concentration prédéterminée de charges à l'endroit du bord d'attaque, cette concentration prédéterminée de charges correspondant à une probabilité d'endommagement de l'ailette par un20 impact avec un objet étranger Les raidisseurs augmentent en fréquence depuis le pied de l'ailette vers l'extrémité de celle-ci. Selon une autre caractéristique encore, un revêtement entoure la partie centrale intérieure creuse et les raidisseurs s'étendant dans le sens de la profondeur constituent des zones surélevées sur le revêtement25 intérieur. D'autres objets et caractéristiques de la présente invention apparattront mieux à la lecture de la description donnée ci-après et pour laquelle on se référera aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue arrachée d'une ailette à partie centrale intérieure creuse comportant des chambres d'une structure "en gaufre"; la figure 2 est une vue en coupe de profil de l'ailette de la figure 1; la figure 3 est une vue arrachée d'un ailette à partie centrale intérieure creuse selon la présente invention; la figure 4 est une vue en coupe de profil d'un des modes de réalisation de la présente invention; la figure 5 est une vue en coupe de profil d'un second mode de réalisation; la figure 6 est une vue à plus grande échelle d'une partie interne du mode de réalisation de la présente invention illustré sur la figure 5. La figure 1 est une vue arrachée d'une ailette à partie centrale intérieure du type dit "en gaufre" L'ailette 10 peut comprendre une pluralité de cloisons 20 s'étendant dans le sens de la profondeur et de10 cloisons radiales 30 Les cloisons radiales 30 peuvent aussi être appelées "cloisons s'étendant dans le sens de l'envergure" Les cloisons radiales s'étendent depuis le pied 30 jusqu'à l'extrémité de l'ailette 10. La figure 2 est une vue de profil, partiellement en coupe, de l'ailette de la figure 1 Une pluralité de nervures 80 et 85 sont formées dans chacune des première et seconde moitiés, 60, 70, de l'ailette 10, respectivement On réalise l'ailette à partie centrale intérieure creuse en associant les première et seconde demi-ailettes 60 et 70 Les surfaces 62 et 72 constituent le revêtement extérieur de la cavité ou partie creuse Quand les demi-ailettes 60 et 70 sont associées l'une à l'autre, par exemple par soudage par diffusion, les nervures opposées 80, 85 sont également associées en créant une cloison continue 30 On peut former des cloisons s'étendant dans le sens de la profondeur en soudant par diffusion des nervures formées préalablement, de manière à créer une25 structure à raidisseurs intégrés Dans l'ailette creuse représentée sur les figures 1 et 2, les cloisons 20 s'étendant dans le sens de la profondeur sont incluses en vue d'une intégrité structurale Les cloisons soudées par diffusion dans la structure "en gaufre"créent une structure rigide à cavités isolées 90 Pour accéder aux cavités 90, des canaux 10030 (voir figure 2) sont formés dans les cloisons 20 et 30 On peut utiliser ces canaux d'accès, par exemple pour "regonfler" l'ailette après le soudage par diffusion Du fait de la création d'une structure rigide analogue à une "gaufre", il se crée des concentrations de contraintes aux endroits o il apparatt des fissures ou discontinuités dans la strucutre35 des cloisons, à l'interface de liaison entre les cloisons s'étendant dans le sens de la profondeur Ces concentrations de contraintes sont particulièrement néfastes dans les cloisons s'étendant dans le sens de la profondeur, car celles-ci sont soumises aux forces radiales les plus importantes à l'état stable et en présence de vibrations De plus, 5 l'addition des canaux d'accès 100 crée des concentrations de contraintes plus importantes E l'interface soudée par diffusion. La figure 3 montre un mode de réalisation de la présente invention. Selon la présente invention, des raidisseurs 110 et 120 s'étendant dans le sens de la profondeur sont inclus entre les cloisons radiales 30 Les10 raidisseurs 110 et 120 sont formés dans chacune des première et seconde moitiés, 60 et 70, de l'ailette 10, respectivement Comme le montre la figure 4, les raidisseurs 110 et 120 peuvent être aussi épais que les nervures 80 et 85, si besoin est Toutefois, les raidisseurs 110 et 120 ne sont pas soudés par diffusion et peuvent ainsi être décalés librement15 l'un par rapport à l'autre Si les raidisseurs 110 et 120 sont suffisamment épais pour se toucher, un composé de masquage, tel que l'Yttria (Y 203), ou tout autre composé de masquage approprié, peut être utilisé pour empêcher les surfaces d'adhérer lorsque l'on associe par soudage par diffusion les demi-ailettes 60.20 Comme représenté sur les figures 5 et 6, on peut donner aux raidisseurs n'importe quelle épaisseur appropriée Toutefois, il est normalement souhaitable de limiter l'épaisseur des raidisseurs 110 et 120 afin de réduire le poids de l'ailette En outre, en utilisant des raidisseurs qui ne se touchent pas, un intervalle 130 est créé entre les25 raidisseurs 110 et 120, ce qui procure un accès aux chambres 90 De plus, la largeur des raidisseurs (dimension A sur la figure 3) peut être réduite à un mimimum sans pour autant diminuer notablement les avantages structuraux apportés par l'introduction des raidisseurs Le raidisseur est conçu pour procurer un support le long de la profondeur de l'ailette30 et perpendiculairement à la surface du revêtement Par conséquent, la largeur du raidisseur n'est pas ce qui importe le plus et elle peut être fonction du procédé de fabrication En outre, comme représenté sur la figure 3, les raidisseurs peuvent avoir n'importe quelle longueur appropriée L'épaisseur et la longueur des raidisseurs ainsi que leur35 position et leur nombre sont fonction d'un grand nombre de variables dont chacune est propre 'c une conception particulière d'ailette Certaines de ces variables sont: le poids, la fréquence de résonance, les combinai- sons de charges (y compris les impacts des oiseaux) et les déformations du revêtement. Selon la présente invention, les raidisseurs 110 et 120 peuvent être disposés de telle sorte que la densité des cloisons (c'est-à-dire le nombre de cloisons par unité de longueur) augmente en direction de l'extrémité de l'ailette Les raidisseurs 110 peuvent également être disposés suivant une configuration en "empreinte de pas" comme représenté sur la figure 3, ceci permettant A l'ailette d'absorber les impacts d'oiseaux sans augmentation notable du poids de l'ailette Dans la disposition en "empreinte de pas", les raidisseurs sont plus longs aux endroits o la probabilité d'un endommagement par l'impact d'un oiseau ou d'un corps étranger est la plus grande et ils diminuent de longueur et de fréquence dans les parties de l'ailette qui risquent moins d'être endommagées. De plus, on peut utiliser la longueur, l'épaisseur et la largeur des raidisseurs 110 et 120 pour régler la fréquence de résonance et les modes d'oscillation de l'ailette Les longueurs, épaisseurs et largeurs spécifiques de raidisseurs particuliers sont fonction des critères de conception (par exemple, les fréquences de résonance, les possibilités de heurts avec les oiseaux). La figure 6 est une vue en perspective du mode de réalisation de l'invention illustré sur la figure 5 Une partie de la seconde demi- ailette 70 est illustrée sur la figure 6 La seconde demi-ailette 70 comprend une nervure 85 qui est associée par soudage par diffusion à une nervure 80 pour former une cloison radiale 30 Cette seconde demi- ailette comprend aussi un raidisseur 120 qui s'étend en retrait depuis la nervure 85. L'invention décrite met en jeu l'application d'un grand nombre de raidisseurs 110 et 120 alignés avec la corde ou profondeur du profil d'aile à l'intérieur des ailettes creuses de réacteur Les raidisseurs offrent un avantage maximal exprimé en accroissement de rigidité dans le sens de la profondeur à la fois pour un réglage de fréquence en torsion et pour une résistance aux impacts des oiseaux, avec une influence minimale sur le poids des composants et sur la rigidité en flexion de 1 'ailette. La figure 3 représente une disposition générale des cloisons s'étendant dans le sens de l'envergure et des raidisseurs s'étendant dans le sens de la profondeur à l'intérieur de la cavité ou partie creuse d'une ailette de grande profondeur pour turboréacteurs ou turboventilateurs On peut utiliser n'importe quel nombre, n'importe quelle taille, n'importe quelle longueur ou n'importe quelle configuration de cloisons et de raidisseurs Les raidisseurs peuvent être concentrés dans des zones qui risquent plus d'être heurtées par les oiseaux, telles que les zones situées près du bord d'attaque Il peuvent aussi être placés en des endroits stratégiques pour influencer les modes de flexion en torsion et en longueur En outre, les raidisseurs pour- raient être appliqués à un des c 8 tés de l'ailette dans le cas ou une ri- gidité locale serait nécessaire pour empêcher un gauchissement ou un affaissementlors de l'impact d'un oiseau ou l'impact d'un corps étranger. Selon la présente invention, les raidisseurs sur les demi-moitiés complémentaires des ailettes ne viennent pas en contact les uns avec les autres et, par conséquent, il n'y a aucune liaison et il ne se crée aucune concentration de contraintes qui soit sensible A la force centrifuge ou aux modes de flexion De plus, comme chaque cavité reste raccordée aux autres cavités le long de la direction radiale, chacune est en communication avec l'extrémité ou la racine Finalement, du fait que le matériau situé prés du centre de flexion de l'ailette a un effet25 négligeable sur la rigidité dans le sens de la profondeur, il peut être éliminé, ce qui réduit le poids et minimise les réductions apportées à la fréquence de flexion. On pourrait usiner les raidisseurs à l'aide d'un grand nombre de procédés classiques ou non classiques Les rayons de transistion entre les raidisseurs et le revêtement pourraient être calculés pour avoir un faible effet sur la concentration des contraintes radiales locales Les raidisseurs situés dans chaque cavité formée par les cloisons peuvent être alignés ou bien décalés et, du fait que les raidisseurs opposés ne sont pas en contact (reliés), un réglage dimensionnel (alignement) est beaucoup moins critique. Une ailette à partie centrale creuse selon la présente invention procure une rigidité maximale de l'ailette dans le sens de la profondeur pour l'impact des oiseaux et pour le réglage de fréquence de torsion Les raidisseurs intérieurs ne réduisent pas l'écoulement de l'air ou les performances du réacteur En outre, on obtient des avantages avec un minimum d'augmentation du poids des composants (et du système) De plus, la présente invention réduit, voire supprime, les pointes de contraintes dans une orientation sensible aux champs de contraintes De plus, la présente invention peut être utilisée pour modifier les fréquences complexes (flexion dans le sens de la profondeur) afin d'éviter une résonance. Les modes de réalisation décrits ci-avant sont les modes de réalisation préférés et il va de soi que des modifications ou des variantes peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1 Ailette ( 10) à partie centrale intérieure creuse, caractérisée en ce qu'elle comprend: une partie pied ( 40); une partie extrémité ( 50); un bord d'attaque; une bord de fuite; une pluralité de cloisons radiales ( 30) s'étendant depuis ledit pied jusqu'à ladite extrémité; et une pluralité de raidisseurs ( 110, 120) s'étendant dans le sens de la profondeur depuis le bord d'attaque jusqu'au bord de fuite de l'ailette, entre les cloisons radiales.10 2 Ailette ( 10) à partie centrale intérieure creuse, caractérisée en ce qu'elle comprend: des première et seconde moitiés ( 60, 70) soudées par diffusion l'une à l'autre; une partie centrale sensiblement creuse entre les première et seconde moitiés; une partie pied ( 40), une partie15 extrémité ( 50), une bord d'attaque et un bord de fuite; une pluralité de cloisons radiales ( 30) s'étendant depuis la partie pied jusqu'à la partie extrémité à l'intérieur de la partie creuse; et une pluralité de raidisseurs ( 110, 120) s'étendant dans le sens de la profondeur à l'intérieur de la partie creuse.20 3 Ailette ( 10) à partie centrale intérieure creuse selon la revendica- tion 2, caractérisée en ce que les cloisons radiales ( 30) comprennent des nervures ( 80, 85) des première et seconde moitiés soudées par diffusion de manière à former des cloisons continues ( 30).25 4 Ailette ( 10) à partie centrale intérieure creuse selon la revendica- tion 3, caractérisée en ce que les raidisseurs ( 110, 120) s'étendent dans le sens de la profondeur depuis le bord d'attaque jusqu'au bord de fuite. 5 Ailette ( 10) à partie centrale intérieure creuse selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'une partie des raidisseurs ( 110, 120) s'étend dans le sens de la profondeur depuis le bord d'attaque jusqu'au bord de fuite. 6 Ailette ( 10) a partie centrale intérieure creuse selon la revendica- tion 5, caractérisée en ce que les raidisseurs ( 110, 120) s'étendant dans le sens de la profondeur sont disposés suivant une configuration en "empreinte de pas" en partant du bord d'attaque et ont une longueur proportionnelle à une concentration prédéterminée de charges à l'endroit du bord d'attaque. 7 Ailette ( 10) à partie centrale intérieure creuse selon la revendica- tion 6, caractérisée en ce que la concentration prédéterminée de charges correspond à une probabilité d'un endommagement de l'ailette par un corps étranger. 58 Ailette ( 10) à partie centrale intérieure creuse, caractérisée en ce qu'elle comprend: un revêtement extérieur ( 62, 72) entourant la partie centrale intérieure creuse, un pied ( 40), une extrémité ( 50), un bord d'attaque et un bord de fuite; une pluralité de cloisons radiales ( 30) dans la partie centrale intérieure creuse; et une pluralité de raidis- seurs ( 110, 120) s'étendant dans le sens de la profondeur et disposés de façon sensiblement perpendiculaire aux cloisons radiales dans la partie centrale intérieure creuse. 9 Ailette ( 10) à partie centrale intérieure creuse selon la revendica- tions 8, caractérisée en ce que les raidisseurs ( 110, 120) s'étendant dans le sens de la profondeur constituent des zones surélevées sur le revêtement extérieur. Ailette ( 10) à partie centrale intérieure creuse selon la revendica- tion 9, caractérisée en ce que les raidisseurs s'étendant dans le sens de la profondeur augmentent en fréquence du pied vers l'extrémité.