Brevet FR2958694A1 — publié le 20111014

La présente invention concerne le domaine des compresseurs de moteur, et notamment de turboréacteur d'aéronef, qui comprennent un système de prélèvement d'air. On sait que le système de compression d'un turboréacteur (et le compresseur haute pression en particulier) est l'un des composants les plus critiques du moteur. Le compresseur d'un turboréacteur est composé de plusieurs étages successifs de compression, chaque étage étant composé d'une grille d'aubes mobile (rotor) et d'une grille d'aubes fixe (stator). Lors du passage dans une grille d'aubes fixe, l'air subit une déviation engendrant une perte de vitesse et une augmentation de la pression. Dans ces conditions, des pertes aérodynamiques par friction, appelées également pertes par diffusion, se produisent. Ces pertes ont pour effet de dégrader les performances du compresseur. A proximité des parois de la veine d'écoulement d'air, ces pertes se combinent avec des pertes par friction le long des parois et forment des écoulements 3D engendrant des pertes supplémentaires élevées. Par ailleurs, on sait que, dans le cas d'un turboréacteur d'aéronef, de l'air à haute pression est généralement prélevé au sein du compresseur haute pression, principalement pour des besoins de refroidissement ou d'opération de divers systèmes du réacteur ou de l'aéronef. Par le brevet FR-2 166 494, on connaît une installation à grilles d'aubes, comportant au moins une grille d'aubes, fixe ou mobile, traversée par un écoulement de fluide et constituée par une succession d'aubes portées par au moins une paroi latérale. Chaque passage défini par deux aubes successives et la paroi latérale comporte au moins une ouverture d'aspiration localisée, ménagée dans cette paroi latérale et reliée à des moyens d'aspiration agencés pour que la pression au niveau des ouvertures d'aspiration soit du même ordre de grandeur que la pression statique de l'écoulement local dans le passage considéré. De plus, ce brevet FR-2 166 494 prévoit une paroi perforée disposée dans une ouverture d'aspiration de forme allongée, ménagée en regard d'un passage entre deux aubes fixes successives, dans une paroi du carter de compresseur, qui sert à limiter le débit d'aspiration. En raison d'une section de passage importante pour obtenir une aspiration suffisante, une telle ouverture d'aspiration présente, généralement, des dimensions importantes par rapport à celles du canal entre deux aubes. Aussi, comme les gradients de pression sont élevés dans ce canal, des recirculations ou éjections locales de fluide se produisent. Ces recirculations qui parasitent l'aspiration interférent avec la veine d'air et réduisent les gains du système de prélèvement. Ce système de prélèvement n'est donc pas optimal, ainsi que le moteur correspondant. La Demanderesse s'est fixé comme objectif de prévoir un compresseur qui permet de limiter la dégradation de performance, associée à des pertes dans les zones de paroi des aubes fixes. Conformément à l'invention, le compresseur comprenant au moins une grille d'aubes fixe dont les aubes sont montées sur une paroi et forment entre elles des passages d'écoulement d'air, et un système de prélèvement d'air qui prélève de l'air au niveau des passages entre deux aubes, à travers des ouvertures pratiquées dans ladite paroi, est caractérisée par le fait que lesdites ouvertures sont discontinues et pourvues, chacune, d'une pluralité d'orifices agencés les uns derrière les autres dans le sens d'écoulement de l'air, l'orifice amont de chaque ouverture, dans le sens d'écoulement de l'air, permettant de réaliser une fonction de prévention du décollement de l'écoulement et les autres orifices, dits orifices aval, permettant de réaliser une fonction de réduction de l'intensité du décollement. La solution proposée par la présente invention consiste donc à prélever de l'air au niveau des passages entre deux aubes par l'intermédiaire d'une pluralité d'orifices agencés les uns derrière les autres dans le sens d'écoulement de l'air, en lieu et place d'un orifice unique. La répartition de l'aspiration sur plusieurs orifices permet d'aspirer efficacement au niveau de chacun des prélèvements (pas d'inversion de sens de l'air), tout en empêchant la recirculation qui se produirait dans un orifice de prélèvement (ou d'aspiration) unique de grande taille. La présente invention permet donc de limiter la dégradation de performance du compresseur, associée à des pertes dans les zones de parois des aubes fixes, par un prélèvement d'air à faible quantité de mouvement, judicieusement implanté. De plus, cette solution permet de prélever le même débit (qui sera par exemple réutilisé au sein du moteur ou acheminé vers l'aéronef) qu'un orifice unique, tout en assurant une réduction des pertes secondaires dans la grille d'aubes. De préférence, l'orifice amont de chaque ouverture qui a pour fonction de prévenir le décollement (par une aspiration située en amont, permettant de supprimer ou tout au moins de retarder l'apparition d'un décollement), présente une section de surface plus importante que les surfaces des sections des orifices aval de l'ouverture. De plus, de manière préférentielle, cet orifice amont est centré par rapport à une position qui est située latéralement à proximité de l'extrados d'une aube, et axialement entre 10 % et 30% de la longueur axiale de l'aube à partir de son extrémité amont. Par ailleurs, les orifices aval d'une ouverture ont pour fonction de réduire l'intensité du décollement, une fois apparue, en extrayant du fluide à basse énergie. L'aspiration, ainsi discrétisée en plusieurs orifices et implantée selon certains critères précisés davantage ci-dessous, permet donc le contrôle des décollements dans la grille d'aubes. Conformément à une caractéristique de l'invention, le nombre et les surfaces des orifices d'une ouverture dépendent d'un débit d'aspiration prédéterminé (engendré par ledit système de prélèvement d'air). De plus, de préférence, le nombre N des orifices d'une ouverture vérifie la relation suivante : Of3.(S/C)I(N.D) L'air qui est prélevé sur le compresseur est ensuite réinjecté, de façon usuelle, dans un collecteur pour refroidir ou ventiler le système moteur ou alimenter le système d'air de l'aéronef pourvu dudit moteur. Les caractéristiques du système de prélèvement d'air dépendent de l'architecture et des spécifications générales du moteur. Par ailleurs, la présente invention concerne également un moteur, notamment un turboréacteur d'aéronef, qui comporte au moins un compresseur tel que précité. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit, accompagnée des dessins en annexe sur lesquels : - les figures 1A et 1B représentent de façon schématique une ouverture de prélèvement d'air pratiquée dans une paroi porteuse d'aubes d'un compresseur, respectivement selon l'art antérieur et conformément à la présente invention ; - la figure 2 montre schématiquement des caractéristiques particulières d'un mode de réalisation préféré de l'invention ; et - la figure 3 montre schématiquement une réalisation particulière d'un orifice amont d'une ouverture de prélèvement d'air. La présente invention s'applique à un compresseur 1 d'un moteur, notamment d'un turboréacteur d'aéronef, qui est muni d'un système de prélèvement d'air. On sait qu'un compresseur d'un turboréacteur est composé de plusieurs étages successifs de compression, chaque étage étant composé d'une grille d'aubes mobile (rotor) et d'une grille d'aubes fixe 2 (stator). Une grille d'aubes fixe 2 (redresseur) comporte des aubes 3 qui sont montées sur une paroi 4 et qui forment entre elles des passages 5 d'écoulement d'air. Un compresseur 1 tel que considéré dans la présente invention comporte, de plus, un système de prélèvement d'air usuel (non représenté), qui prélève de l'air au niveau des passages 5 entre deux aubes 3, à travers des ouvertures 6 pratiquées dans ladite paroi 4. Dans un mode de réalisation préféré, une ouverture 6 est prévue dans chaque passage 5 entre deux aubes 3 successives. La figure 1A montre schématiquement une ouverture 6A destinée au prélèvement d'air, qui est conforme à l'art antérieur. Cette ouverture 6A comprend un orifice unique OA. Cet orifice unique OA présente une section de passage importante, de sorte que ses dimensions sont importantes par rapport à celles du canal formé par les deux aubes 3, entre lesquelles il est prévu. En raison de ces caractéristiques, il apparaît des recirculations ou éjections locales de fluide, qui parasitent l'aspiration et réduisent les gains du système de prélèvement d'air et les performances du moteur. Pour remédier à cet inconvénient, le compresseur 1 conforme à l'invention comporte des ouvertures 6 destinées au prélèvement d'air, qui sont discontinues et pourvues, chacune, d'une pluralité d'orifices 01, 02,..., ON agencés les uns derrière les autres dans le sens E d'écoulement de l'air, côté extrados le long d'une aube 3, comme représenté sur la figure 1B (pour laquelle N est égal à 4). La répartition de l'aspiration sur plusieurs orifices 01à ON (en lieu et place d'un orifice unique OA) permet de réaliser une aspiration efficace au niveau de chacun des prélèvements (pas d'inversion de sens de l'air), tout en empêchant une recirculation qui se produit dans un orifice de prélèvement unique OA de grande taille. La présente invention permet donc de limiter la dégradation de performance du compresseur 1, associée à des pertes dans les zones de paroi des aubes 3 d'une grille d'aubes fixe 2, par un prélèvement d'air à faible quantité de mouvement, judicieusement implanté. De plus, cette solution permet de prélever le même débit (qui sera par exemple réutilisé au sein du moteur ou acheminé vers l'aéronef, dans le cas d'un moteur d'aéronef) qu'un orifice unique OA, tout en assurant une réduction des pertes secondaires dans la grille d'aubes 2. En outre, l'orifice amont 01 de chaque ouverture 6, dans le sens E d'écoulement de l'air, a pour fonction de prévenir le décollement par une aspiration située en amont, permettant de supprimer ou tout au moins de retarder l'apparition du décollement, et les autres orifices 02 à ON de l'ouverture 6, dits orifices aval, ont pour fonction de réduire l'intensité du décollement, une fois apparue, en extrayant du fluide à basse énergie le long du profil. A cet effet, l'orifice amont 01 de chaque ouverture 6 présente, de préférence, une section de surface plus importante que les surfaces des sections des orifices aval 02 à ON de l'ouverture 6, comme représenté sur la figure 2. De plus, de manière préférentielle, cet orifice amont 01 est centré par rapport à une position qui est située latéralement à proximité de l'extrados d'une aube 3, et axialement (c'est-à-dire selon l'axe du compresseur 1) entre 10 % et 30% de corde axiale de façon à aspirer des points singuliers de l'écoulement (dits foyers du décollement). Cet orifice amont 01 a pour fonction de permettre l'aspiration de la partie de l'écoulement qui est à l'origine du décollement qui se produit en aval (foyer). Pour ces raisons, cet orifice amont 01 présente des caractéristiques propres (position figée en amont, section supérieure aux orifices aval 02 à ON, et prise d'air profilée, comme précisé ci-dessous). Le débit à assurer est généralement de l'ordre de quelques pour cent selon les spécifications du moteur et la fonction de ventilation assurée par l'air aspirée. A titre d'illustration, on peut prévoir 1% pour assurer une aspiration d'efficacité minimale, et jusqu'à 5 à 6% pour un prélèvement maximal sur le compresseur 1. Le nombre et la section des orifices aval 02 à ON sont ajustés en fonction du débit requis par les fonctions moteur, comme précisé ci-dessous. La forme et la disposition des orifices 01, 02,..., ON côté extrados le long d'une aube 3, ainsi que le respect de critères de discrétisation sont nécessaires pour garantir la pleine efficacité de la présente invention qui a pour objectif une réduction des pertes aérodynamiques supplémentaires du ~o même ordre de grandeur que la réduction de perte apportée par une fente d'aspiration continue équivalente. Les orifices 01, 02,..., ON peuvent présenter des sections de diverses formes, en particulier de forme circulaire, rectangulaire ou carrée. Sur l'exemple de la figure 2, pour des orifices de section rectangulaire : 15 - si représente la largeur de l'orifice d'ordre i ; et - ci représente la longueur de l'orifice d'ordre i. En outre, en cas de section circulaire, si =ci = ri, ri représentant le rayon de l'orifice d'ordre i. Conformément à une caractéristique, le nombre N et les surfaces des 20 orifices 01, 02,..., ON d'une ouverture 6 dépendent d'un débit d'aspiration prédéterminé. De plus, ledit nombre N vérifie, de préférence, la relation suivante : Af3. (S/C)/(N . D) REVENDICATIONS1. Compresseur comprenant au moins une grille d'aubes fixe (2) dont les aubes (3) sont montées sur une paroi (4) et forment entre elles des passages (5) d'écoulement d'air, et un système de prélèvement d'air qui prélève de l'air au niveau des passages (5) entre deux aubes (3), à travers des ouvertures (6) pratiquées dans ladite paroi (4), caractérisé en ce que lesdites ouvertures (6) sont discontinues et pourvues, chacune, d'une pluralité d'orifices (01, 02, 03, 04) agencés les uns derrière les autres dans le sens (E) d'écoulement de l'air, l'orifice amont (01) de chaque ouverture (6), dans le sens (E) d'écoulement de l'air, permettant de réaliser une fonction de prévention du décollement de l'écoulement et les autres orifices (02, 03, 04), dits orifices aval, permettant de réaliser une fonction de réduction de l'intensité du décollement. 2. Compresseur selon la revendication 1, dont l'orifice amont (01) de chaque ouverture (6) présente une section de surface plus importante que les surfaces des sections des orifices aval (02, 03, 04) de l'ouverture (6). 3. Compresseur selon l'une des revendications 1 et 2, dont l'orifice amont (01) de chaque ouverture (6) est centré par rapport à une position qui est située latéralement à proximité de l'extrados d'une aube (3), et axialement entre 10 % et 30% de la longueur axiale de l'aube (3) à partir de son extrémité amont (3A). 4. Compresseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dont le nombre et les surfaces des orifices (01, 02, 03, 04) d'une ouverture (6) dépendent d'un débit d'aspiration prédéterminé, engendré par ledit système de prélèvement d'air. 5. Compresseur selon la revendication 4, dont le nombre N des orifices (01, 02, 03, 04) d'une ouverture (6) vérifie la relation suivante : Af3.(S/C)I(N.D) 6. Compresseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dont l'orifice amont (01) d'au moins certaines desdites ouvertures (6) présente, au travers de la paroi, une forme inclinée vers l'aval. 7. Compresseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dont l'orifice amont (01) d'au moins certaines desdites ouvertures (6) présente, au travers de la paroi (4), une forme profilée (7). 8. Moteur, en particulier turboréacteur d'aéronef, pourvu au moins d'un compresseur et d'un système de prélèvement d'air, caractérisé en ce qu'il comporte un compresseur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.15