Brevet FR2893993A1 — publié le 20070601

PROCÉDÉ DE RÉDUCTION DE BRUIT D'UNE SOUFFLANTE DE TURBOMACHINE, DISPOSITIF SILENCIEUX POUR LA MISE EN îUVRE DE CE PROCEDE, AUBE DE SOUFFLANTE ET SOUFFLANTE DOTEES D'UN TEL DISPOSITIF SILENCIEUX, ET TURBOMACHINE LES COMPORTANT DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine technique du bruit généré par une soufflante de turbomachine. Elle vise un procédé de réduction de bruit d'une soufflante de turbomachine, un dispositif silencieux ou dispositif de réduction de bruit, pour la mise en oeuvre du procédé de réduction du bruit généré par une soufflante de turbomachine. Elle vise également une aube de soufflante dotée d'un tel dispositif silencieux et une soufflante dotée d'un tel dispositif silencieux ou d'au moins une telle aube. Elle vise enfin une turbomachine comportant au moins un tel dispositif silencieux, ou au moins une telle aube, ou une telle soufflante. En particulier, la turbomachine est un moteur d'aéronef. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE La soufflante est un composant d'une turbomachine qui est responsable d'une grande partie du bruit émis lors du fonctionnement de la turbomachine. Lorsque la turbomachine est un moteur d'aéronef, l'augmentation des taux de dilution des gaz ou les nouveaux concepts de moteurs, par exemple les moteurs contrarotatifs, vont dans le sens d'un rôle prépondérant de la soufflante en ce qui concerne le bruit généré par l'ensemble du moteur d'aéronef. Il s'avère donc de plus en plus nécessaire de diminuer le bruit généré par la soufflante d'une turbomachine. Ce bruit présente un spectre composé d'une partie large bande de laquelle émergent des raies à la fréquence de passage des aubes. Les raies sont issues de l'interaction des sillages des parties tournantes avec des aubages situés en aval de celles-ci, à savoir les aubages de stator. Pour réduire le bruit généré par une soufflante, il est donc nécessaire de réduire d'une part le bruit correspondant aux raies du spectre et d'autre part le bruit à large bande du spectre. Il est maintenant admis que la réduction du bruit généré par une soufflante passe par une réduction des effets des sillages des aubes de la soufflante, ces effets étant principalement l'amplitude du déficit de vitesse du sillage et les turbulences des sillages. Le bénéfice en terme de réduction de bruit qui peut être attendu par ce procédé atteint plusieurs dB sur chacune des raies ainsi que sur le bruit à large bande. Le MIT en 1998 et la NASA en 2002 ("Low-speed fan noise reduction with trailing edge blowing", Daniel L. Sutliff, Daniek L. Tweedt, E. Brian Fite and Edmane Envia, AIAA 2002 - 2492, et "Low-speed fan noise reduction with trailing edge blowing", Sutliff, Daniel L. ; Tweedt, Daniel L. ; Fite, E. Brian ; Envia, Edmane ; NASA Center for AeroSpace Information (CASI), NASA/TM -2002 - 211559) ont mené des études qui ont montré qu'en exerçant un soufflage près du bord de fuite des aubes de soufflantes, le gain obtenu était très important, se traduisant par une réduction de 6 à 12 dB de la puissance acoustique sur les trois premières raies à la fréquence de passage des aubes et leurs harmoniques en amont, et par une réduction de 11 à 19 dB de la puissance acoustique en aval. Ces résultats ont été obtenus grâce à la réalisation d'essais sur des maquettes de soufflante, et à une optimisation des débits soufflés dans le bord de fuite. Dans les deux cas, les débits injectés dans les bords de fuite nécessaires ont été de l'ordre de, ou inférieurs à, 2% du débit total de la soufflante. Ces débits ont été injectés à partir de sources d'air comprimé externes à la maquette de soufflante, au moyen d'un compresseur externe. La composante principale du bruit généré par la soufflante est celle qui est issue de la fluctuation périodique de pression sur les aubages directeurs de sortie (OGV) provenant du défilement du sillage. En effet, le sillage qui vient heurter les OGV, ou aubages de stator dans le flux secondaire, situés derrière la soufflante dans le sens de l'écoulement de l'air, se caractérise par un déficit de vitesse. Ces variations périodiques de vitesse provoquent une fluctuation de la composante de vitesse normale à l'aubage de stator, et donc de la pression sur cet aubage de stator. Une telle fluctuation de pression est source d'un bruit dit bruit dipolaire qui rayonne de part et d'autre du profil des aubes du stator. La réduction des raies du spectre de bruit passe par la réduction de l'amplitude du déficit de vitesse des sillages des aubes de la soufflante. Cette réduction est obtenue en comblant le déficit de vitesse observé, par soufflage d'air près du bord de fuite des aubes de la soufflante. Le soufflage d'air sur le bord de fuite des aubes de soufflante permet de combler le déficit de vitesse qui se crée dans le sillage. Par voie de conséquence, il permet de réduire l'amplitude des fluctuations de pression sur les aubages du stator et donc de réduire l'amplitude du niveau sonore généré. La réduction du bruit à large bande, c'est-à-dire dont le spectre contient toutes les fréquences, passe par la réduction des turbulences des sillages des aubes de la soufflante. Ces turbulences sont également source d'un bruit dit bruit dipolaire . En effet, cette turbulence génère une fluctuation aléatoire de pression sur les aubages du stator, ce qui génère du bruit large bande. Le soufflage d'air près du bord de fuite des aubes de la soufflante permet de diminuer l'amplitude de cette turbulence en favorisant et accélérant le mélange du sillage, ce qui diminue l'amplitude du bruit généré. Afin de souffler de l'air près du bord de fuite des aubes de soufflante, il est nécessaire d'acheminer cet air de soufflage jusque à proximité de ce bord de fuite. A cet effet il a été envisagé de prélever de l'air dans la turbomachine, par exemple dans le compresseur haute pression, puis de l'acheminer à l'endroit souhaité. Lorsque cet air prélevé dans la turbomachine est acheminé par l'extérieur de la turbomachine, cela nécessite de déployer de la tuyauterie. Lorsque cet air prélevé est acheminé par l'intérieur de la turbomachine, cela nécessite non seulement de déployer de la tuyauterie mais également de percer des pièces tournantes, ce que l'homme du métier cherche généralement à éviter pour éviter d'affaiblir ces pièces tournantes. En outre, lorsque de l'air est prélevé dans la turbomachine, les performances de la turbomachine s'en trouvent réduites. Ces deux solutions envisagées jusqu'à présent ne sont donc pas satisfaisantes. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour objet de proposer une solution alternative au problème consistant à acheminer de l'air de soufflage près du bord de fuite des aubes de soufflante, afin de réduire le bruit généré par ces aubes de soufflante. Selon un premier aspect, l'invention se rapporte à un procédé de réduction du bruit généré par une soufflante de turbomachine munie d'aubes de soufflante comportant chacune un bord d'attaque, un bord de fuite, une base d'aube et une tête d'aube, caractérisé en ce que pour au moins une des aubes de soufflante, on aspire de l'air au bord d'attaque vers la base d'aube et on souffle cet air au bord de fuite vers la tête d'aube, l'air étant acheminé à travers ladite aube de soufflante entre le lieu d'aspiration et le lieu de soufflage. Selon un deuxième aspect, l'invention se rapporte à un dispositif silencieux pour la mise en oeuvre du procédé de réduction du bruit généré par une soufflante de turbomachine selon le premier aspect, ladite soufflante étant munie d'aubes de soufflante comportant chacune un bord d'attaque, un bord de fuite, une base d'aube et une tête d'aube. Selon l'invention, le dispositif silencieux comporte au moins un canal ménagé dans ladite aube de soufflante, ledit canal comportant au moins un orifice d'entrée situé vers la base d'aube et au moins un orifice de sortie situé vers la tête d'aube, et ledit au moins un orifice d'entrée débouche au bord d'attaque et ledit au moins un orifice de sortie débouche au bord de fuite. Plusieurs modes de réalisation du dispositif silencieux sont prévus. En fonction du nombre d'orifices d'entrée et du nombre d'orifices de sortie que comporte ledit canal, ledit canal comporte un ou plusieurs tronçon(s) de canal qui relie(nt) le(s)dit(s) orifice(s) d'entrée et le(s)dit(s) orifice(s) de sortie. Avec le dispositif silencieux bruit selon l'invention, l'air de soufflage est prélevé à la base de l'aube, puis acheminé à travers l'aube de soufflante elle-même, par différence de pression. Il n'est pas donc pas nécessaire de prélever de l'air dans la turbomachine. En outre, du fait qu'il n'y a pas de prélèvement d'air dans la turbomachine, il n'est pas nécessaire d'acheminer l'air de soufflage de la turbomachine vers le bord de fuite de l'aube de soufflante. Par conséquent, il n'est pas nécessaire de prévoir une tuyauterie d'acheminement extérieure à la turbomachine, ou une tuyauterie d'acheminement intérieure à la turbomachine. Selon un troisième aspect, l'invention se rapporte à une aube de soufflante dotée d'un tel dispositif de réduction de bruit. Selon un quatrième aspect, l'invention se rapporte à une soufflante doté d'au moins un dispositif silencieux selon le deuxième aspect ou d'au moins une aube de soufflante selon le troisième aspect. Selon un cinquième aspect, l'invention se rapporte à une turbomachine comportant une telle soufflante. En particulier, la turbomachine est un moteur d'aéronef. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre de modes de réalisation de l'invention, donnés à titre illustratif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique en coupe axiale d'un moteur d'aéronef sur lequel peut être implanté l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique en 30 perspective d'une aube de soufflante dotée d'un dispositif silencieux selon l'invention ; - la figure 3 est une vue en perspective à plus grande échelle d'une portion d'aube de soufflante dotée d'un dispositif silencieux, montrant l'orifice d'entrée ; - la figure 4 est une vue en perspective à plus grande échelle d'une portion d'aube de soufflante dotée d'un dispositif silencieux, montrant l'orifice de sortie ; les figures 5 à 8 représentent schématiquement des modes de réalisation alternatifs du dispositif silencieux selon l'invention ; et la figure 9 représente de façon schématique le schéma de principe du soufflage pour la réduction de l'amplitude du déficit de vitesse dans un sillage. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS En se référant tout d'abord à la figure 1, il est représenté un moteur d'aéronef 10 comportant une soufflante 12 entraînée et supportée par un arbre tournant 14 et située à l'avant d'une ligne d'arbre à basse pression 16. La soufflante 12 est munie d'aubes 18 qui s'étendent devant l'entrée d'une veine interne 20 ou veine principale d'écoulement de l'air, et devant l'entrée d'une veine externe 22 ou veine secondaire d'écoulement, entourant la veine interne 20 et qu'emprunte l'air assurant la poussée du moteur. Des aubages directeurs de sortie (OGV) 23 sont disposés dans la veine secondaire d'écoulement 22. Un compresseur à basse pression 24 et un compresseur à haute pression 26 sont situés dans la veine interne 20. Sur la figure 2 est illustrée, en perspective et de façon schématique, une aube de soufflante 18 ayant un bord d'attaque 30, un bord de fuite 32, une base d'aube 34 et une tête d'aube 36. L'aube de soufflante 18 est dotée d'un canal 40, qui comporte un orifice d'entrée 42, un orifice de sortie 44. Le canal 40 comporte aussi un tronçon de canal 46 reliant l'orifice d'entrée 42 et l'orifice de sortie 44. Le canal 40 est ménagé dans l'épaisseur de l'aube 18. L'orifice d'entrée 42 débouche près de la base d'aube 34 et du bord d'attaque 30, tandis que l'orifice de sortie 44 débouche près de la tête d'aube 36 et du bord de fuite 32. Avec un tel agencement du canal 40, l'air est aspiré par l'orifice d'entrée 42, puis il est acheminé naturellement vers l'orifice de sortie 44 du fait de la différence de pression existant entre la base d'aube 34 et la tête d'aube 36. La figure 3 est une autre vue en perspective, à plus grande échelle, montrant une partie du tronçon 46 du canal 40 contenu dans l'épaisseur de l'aube de soufflante 18, qui débouche à l'extérieur de celle-ci par l'orifice d'entrée 42, à proximité du bord 25 d'attaque 30 et de la base 34. La figure 4 est une autre vue en perspective, à plus grande échelle, montrant une partie du tronçon 46 du canal 40 contenu dans l'épaisseur de l'aube de soufflante 18, qui débouche à l'extérieur de 30 celle-ci par l'orifice de sortie 44, à proximité du bord de fuite 32 et de la tête 36. 15 20 En ressortant par l'orifice de sortie 44, l'air, acheminé depuis la base de l'aube 34 par l'intermédiaire du canal 40, vient se joindre au sillage de l'aube de soufflante 18, ce qui permet d'atténuer le bruit qu'elle génère. Un tel dispositif silencieux est très avantageux en ce qu'il ne nécessite pas d'acheminer de l'air vers la soufflante 12 depuis une autre partie de la turbomachine. Il permet d'éviter la présence ce tuyauterie d'acheminement, interne ou externe, et il permet également d'éviter de percer des pièces tournantes pour faire passer de la tuyauterie d'acheminement d'air. Les figures 5 à 8 sont des vues analogues à la figure 2, pour des variantes de réalisation du dispositif silencieux. L'invention porte aussi sur des combinaisons possibles de ces différentes variantes de réalisation. La figure 5 montre une aube de soufflante 18 ayant un bord d'attaque 30, un bord de fuite 32, une base 34 et une tête 36. L'aube de soufflante 18 est dotée d'un canal 40 qui comporte un orifice d'entrée 42 débouchant près du bord d'attaque 30 et de la base 34. Le canal 40 comporte également un tronçon initial 56 issu de l'orifice d'entrée 42 qui se ramifie en trois tronçons terminaux 57, 58, 59, débouchant chacun près du bord de fuite 32 et de la tête 36 par trois orifices de sortie 442, 444, 446 respectifs. La figure 6 montre une aube de soufflante 18 ayant un bord d'attaque 30, un bord de fuite 32, une base 34 et une tête 36. L'aube de soufflante 18 est dotée d'un canal 40 qui comporte trois orifices d'entrée 422, 424, 426 débouchant près du bord d'attaque 30 et de la base 34. Le canal 40 comporte également trois tronçons initiaux 66, 67, 68 issus respectivement des trois orifices d'entrée 422, 424, 426, qui se rejoignent en un seul tronçon terminal 69 débouchant près du bord de fuite 32 et de la tête 36 par un unique orifice de sortie 44. La figure 7 montre une aube de soufflante 18 ayant un bord d'attaque 30, un bord de fuite 32, une base 34 et une tête 36. L'aube de soufflante 18 est dotée de trois canaux 40, 140, 240 disposés de façon sensiblement parallèle les uns aux autres. Chacun des canaux 40, 140, 240 comporte un orifice d'entrée 42, 142, 242 débouchant près du bord d'attaque 30 et de la base 34. Chacun des canaux 40, 140, 240 comporte également un tronçon de canal 46, 146, 246 issu de l'orifice d'entrée correspondant 42, 142, 242. Chaque tronçon de canal 46, 146, 246 débouche près du bord de fuite 32 et de la tête 36 par un orifice de sortie 442, 444, 446 respectif. La figure 8 montre une aube de soufflante 18 ayant un bord d'attaque 30, un bord de fuite 32, une base 34 et une tête 36. L'aube de soufflante 18 est dotée d'un canal 40 qui comporte trois orifices d'entrée 422, 424, 426 débouchant près du bord d'attaque 30 et de la base 34. Le canal 40 comporte également trois tronçons initiaux 66, 67, 68 issus respectivement des trois orifices d'entrée 422, 424, 426, qui se rejoignent en un tronçon intermédiaire 70, lequel se ramifie en trois tronçons terminaux 57, 58, 59, débouchant chacun près du bord de fuite 32 et de la tête 36 par trois orifices de sortie 442, 444, 446 respectifs. La figure 9 illustre de façon schématique un avantage procuré par le dispositif silencieux selon l'invention, à savoir au moins un canal 40 ménagé dans l'épaisseur des aubes de soufflante 18, pour acheminer de l'air depuis un emplacement situé au bord d'attaque 30 et vers la base d'aube 34 jusqu'à un emplacement situé au bord de fuite 32 et vers la tête d'aube 36. Sur la figure 9 est représentée une aube de soufflante 18 comportant un canal 40 conforme à l'invention. Le sillage de l'aube 18, repéré par la référence numérique 80, est schématisé en traits discontinus. Sur la figure 9 sont aussi représentées, en superposition, deux courbes de déficit de vitesse du sillage 80. L'une, repérée par la référence numérique 84, visualise le déficit de vitesse du sillage 80 de l'aube 18 en l'absence de soufflage, c'est-à-dire lorsque l'aube de soufflante 18 n'est pas dotée d'un dispositif silencieux selon l'invention. L'autre, repérée par la référence numérique 86, visualise le déficit de vitesse du sillage 80 de l'aube 18 en présence de soufflage, c'est-à-dire lorsque l'aube de soufflante 18 est dotée d'un dispositif silencieux selon l'invention. La ligne repérée par la référence numérique 82 représente le niveau de vitesse moyenne d'un écoulement sans sillage. Il apparaît sur la figure 9 que le déficit 30 de vitesse en présence de soufflage (courbe 86) est inférieur au déficit de vitesse en l'absence de soufflage (courbe 84). En d'autres termes, le bruit généré par le sillage de l'aube de soufflante 18 en présence d'un dispositif silencieux selon l'invention est inférieur au bruit généré par le sillage de l'aube de soufflante 18 en présence d'un dispositif silencieux selon l'invention. La réduction de bruit observée en présence d'un dispositif silencieux selon l'invention s'élève à plusieurs décibels (dB) exprimés en puissance acoustique (PWL) à la fois sur les premières raies à la fréquence de passage des aubes et les deux harmoniques suivantes, et sur le bruit à large bande. Les gains peuvent aller jusqu'à la disparition d'une ou plusieurs raies du spectre de bruit. REVENDICATIONS 1. Procédé de réduction du bruit généré par une soufflante (12) de turbomachine munie d'aubes de soufflante (18) comportant chacune un bord d'attaque (30), un bord de fuite (32), une base d'aube (34) et une tête d'aube (36), caractérisé en ce que pour au moins une des aubes de soufflante (18), on aspire de l'air au bord d'attaque (30) vers la base d'aube (34) et on souffle cet air au bord de fuite (32) vers la tête d'aube (36), l'air étant acheminé à travers ladite aube de soufflante (18) entre le lieu d'aspiration (42) et le lieu de soufflage (44). 2. Dispositif silencieux pour la mise en oeuvre du procédé de réduction du bruit généré par une soufflante (12) de turbomachine selon la revendication 1, ladite soufflante (12) étant munie d'aubes de soufflante (18) comportant chacune un bord d'attaque (30), un bord de fuite (32), une base d'aube (34) et une tête d'aube (36), caractérisé en ce qu'il comporte au moins un canal (40, 140, 240) ménagé dans ladite aube de soufflante (18), ledit canal (40, 140, 240) comportant au moins un orifice d'entrée (42, 142, 242, 422, 424, 426) situé vers la base d'aube (34) et au moins un orifice de sortie (44, 144, 244, 442, 444, 446) situé vers la tête d'aube (36), et en ce que ledit au moins un orifice d'entrée (42, 142, 242, 422, 424, 426) débouche au bord '3P 27556 VDd'attaque (30) et ledit au moins un orifice de sortie (44, 144, 244, 442, 444, 446) débouche au bord de fuite (32). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit canal (40, 140, 240) comporte un seul orifice d'entrée (42), un seul orifice de sortie (44), et un seul tronçon de canal (46) reliant ledit orifice d'entrée (42) audit orifice de sortie (44). 4. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que ledit canal (40, 140, 240) comporte un seul orifice d'entrée {42), plusieurs orifices de sortie (442, 444, 446), et plusieurs tronçons de canal (56, 57, 58, 59) reliant ledit orifice d'entrée (42) auxdits orifices de sortie (442, 444, 446). 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit canal comporte plusieurs orifices d'entrée (422, 424, 426), un seul orifice de sortie (44), et plusieurs tronçons de canal (66, 67, 68, 69) reliant lesdits orifices d'entrée (422, 424, 426) audit orifice de sortie (44). 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit canal comporte plusieurs orifices d'entrée (422, 424, 426), plusieurs orifices de sortie (442, 444, 446), et plusieurs tronçons de canal (66, 67, 68, 70, 57, 58, 59) reliant lesdits~SP 27556 VD L 16 orifices d'entrée (422, 424, 426) auxdits orifices de sortie (442, 444, 446). 7. Aube de soufflante (18), caractérisé en ce qu'elle est dotée d'un dispositif de réduction du bruit selon l'une quelconque des revendications 2 à 6. 8. Soufflante (12), caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une aube de soufflante (18) selon la revendication 7. 9. Turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte une soufflante (12) selon la revendication 8. 10. Moteur d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte une soufflante (12) selon la revendication 8.