Brevet FR2967646A1 — publié le 20120525

Pale pour une hélice de turbomachine. La présente invention concerne une pale pour une hélice de turbomachine, ainsi qu'une hélice correspondante. Bien que la présente invention soit particulièrement adaptée aux turbomachines à soufflante non carénée (désignées en anglais « open rotor » ou bien encore « unducted fan »), sa mise en oeuvre n'est cependant pas limitée à une telle application. Une turbomachine à soufflante non carénée comprend deux hélices ex-ternes coaxiales et contrarotatives, respectivement amont et aval, qui sont chacune entraînées en rotation par une turbine et qui s'étendent sensiblement radialement à l'extérieur de la nacelle de cette turbomachine. Lorsque les turbomachines sont montées sur un aéronef, les pales des hélices desdites turbomachines sont sujettes au givre lors de certaines phases de vol. La formation d'une pellicule de glace sur le bord d'attaque des pales d'une hélice provoque une réduction de la poussée globale de cette der- nière. Pour pallier cet inconvénient, dans le cas des turbomoteurs actuels, il est connu de recouvrir le bord d'attaque des pales de la soufflante carénée au moyen d'un treillis métallique, dans lequel peut circuler un courant électrique. La circulation du courant dans les mailles du treillis provoque un échauffement de ce dernier par effet Joule, permettant ainsi de réchauffer le bord d'attaque de la pale correspondante sur lequel le treillis est appliqué. Cependant, une telle solution entraîne des actes de maintenance réguliers pour entretenir les treillis, ce qui augmente sensiblement le coût de maintenance globale du turbomoteur. En outre, cette solution s'avère difficilement applicable aux hélices des turbomachines à soufflante non carénée. En effet, lorsque la soufflante comporte deux hélices contrarotatives, l'alimentation en électricité de l'hélice aval est rendue difficile par le fait qu'elle n'est pas montée sur un stator susceptible de lui communiquer de l'énergie électrique, par exemple par l'intermédiaire d'un contact tournant (comme cela pourrait être le cas pour l'hélice amont). De surcroît, les hélices contrarotatives d'une telle turbomachine sont montées autour de la tuyère d'échappement du flux primaire (flux chaud), c'est-à-dire dans un environnement chaud agressif à même de provoquer la dégradation des treillis métalliques des pales. La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient et, notamment, d'empêcher la formation de givre sur les pales des hélices d'une turbomachine à soufflante non carénée. A cette fin, selon l'invention, la pale pour une hélice de turbomachine est remarquable par le fait qu'elle comporte au moins un canal d'écoulement d'un flux de gaz chaud qui s'étend, au moins partiellement, le long de son bord d'attaque. Ainsi, grâce à l'invention, le gaz chaud (par exemple de l'air) qui circule dans le canal d'écoulement réchauffe le bord d'attaque de la pale correspondante, ce qui prévient l'accumulation de glace le long de celui-ci. En outre, le dégivrage peut être automatique sans mise en oeuvre de moyens de commande supplémentaires, contrairement aux treillis métalliques précédemment décrits dont l'alimentation en courant électrique doit impérativement être commandée. De plus, la maintenance de la turbomachine associée est grandement allégée, ce qui en réduit les coûts d'exploitation. De préférence, la pale comportant un corps de pale solidaire d'un pied de pale, le canal d'écoulement s'étend, au moins en partie, le long du corps de pale depuis le pied de pale, ce qui permet la circulation du flux de gaz chaud au moins sur une partie du bord d'attaque de la pale correspondante. En outre, la pale comporte, de préférence, une pièce d'extrémité qui entoure, au moins partiellement, le bord amont du corps de pale, de telle façon que le canal d'écoulement soit ménagé entre le bord amont dudit corps et ladite pièce. En particulier, la pièce d'extrémité, qui forme le bord d'attaque de la pale, peut être rapportée sur le corps de pale et fixée à celui-ci (par exem- ple par collage). De plus, la pièce d'extrémité est avantageusement métallique, ce qui permet, par conduction thermique entre l'intérieur et l'extérieur de cette pièce le long de celle-ci, de prévenir et/ou de provoquer l'élimination d'une pellicule de glace formée contre la paroi orientée vers l'extérieur de la pièce d'extrémité (voire même d'une pellicule de glace formée à l'intérieur du canal d'écoulement contre la paroi interne de la pièce d'extrémité). Par ailleurs, afin de renforcer la structure de la pale, la paroi interne de la pièce d'extrémité peut comporter une pluralité de nervures longitudinales. De préférence, afin de réduire la masse de l'hélice correspondante, le corps de pale et le pied de pale de chacune des pales sont en matériau composite. De façon avantageuse, la pale comporte un isolant thermique, par exemple de la BAKELITE, qui recouvre, au moins en partie, le bord amont du corps de pale, de manière à isoler le corps de pale de la chaleur apportée par la circulation du flux de gaz chaud à l'intérieur du canal d'écoulement. En outre, l'isolant thermique se présente, de préférence, sous la forme d'une couche s'étendant à l'intérieur du canal d'écoulement sur le bord amont du corps de pale. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la pale comporte une vanne pour contrôler le débit du flux de gaz chaud circulant dans le canal d'écoulement. Ainsi, l'écoulement du flux de gaz chaud traversant ledit canal peut être commandé et ajusté en fonction, par exemple, des phases de vol d'un aéronef comportant des turbomachines à soufflante non carénée équipées de pales conformes à l'invention. En particulier, une telle vanne peut être agencée dans un voisinage du pied de pale. De préférence, le flux de gaz chaud provient des circuits de ventilation de la turbomachine associée. Par ailleurs, la présente invention concerne également une hélice pour turbomachine, qui comprend une pluralité de pales du type de celle décrite précédemment. De plus, la présente invention concerne également une turbomachine, par exemple du type à soufflante non carénée, qui comporte au moins une hélice formée de pales du type de celle que décrite précédemment. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale schématique d'une turbomachine à soufflante non carénée. La figure 2 montre, dans une vue partielle en perspective, une pale d'une hélice non carénée de la turbomachine de la figure 1. La figure 3 est une coupe transversale schématique de la pale de la figure 2, selon la ligne de coupe III-III. Sur la figure 1, on a représenté, de façon schématique, une turbomachine 1 à soufflante non carénée, conforme à l'invention, qui comporte d'amont en aval, dans le sens d'écoulement des gaz à l'intérieur de la turbo-machine d'axe longitudinal A, un compresseur 2, une chambre annulaire de combustion 3, une turbine haute pression 4 et deux turbines basse pression 5, 6 qui sont contrarotatives, c'est-à-dire qu'elles tournent dans deux sens opposés autour de l'axe longitudinal A de la turbomachine 1. Chacune des turbines aval 5, 6 est solidaire en rotation d'une hélice ex-terne 7, 8 s'étendant radialement à l'extérieur de la nacelle 10 de la turbomachine 1, cette nacelle 10 étant sensiblement cylindrique et s'étendant le long de l'axe A autour du compresseur 2, de la chambre de combustion 3, et des turbines 4, 5 et 6. Le flux d'air 11 qui pénètre dans la turbomachine 1 est comprimé puis est mélangé à du carburant, afin d'être brûlé dans la chambre de combustion 3, les gaz de combustion passant ensuite dans les turbines pour entraîner en rotation les hélices 7,8 qui fournissent la majeure partie de la poussée engendrée par la turbomachine 1. Les gaz de combustion sortant des turbines sont expulsés à travers une tuyère 12 (flèches 14) pour augmenter la poussée. Les hélices 7, 8 sont disposées coaxialement l'une derrière l'autre et comportent une pluralité de pales 15 régulièrement réparties autour de l'axe longitudinal A de la turbomachine 1. Ces pales 15 s'étendent sensiblement radialement et sont, par exemple, du type à calage variable, c'est-à-dire qu'elles peuvent tourner autour de leurs axes de façon à optimiser leur position angulaire en fonction des conditions de fonctionnement de la turbomachine 1. Bien entendu, les pales des hélices peuvent également être à calage fixe. Dans un montage connu, chaque hélice 7, 8 comprend un moyeu rotatif ou élément de rotor 16 formé principalement par un anneau polygonal 17 supportant les pales 15 et disposé de façon concentrique à l'axe longitudinal A de la turbomachine 1, perpendiculairement à ce dernier. Par exemple, sur l'hélice amont 7 représentée sur les figures 1 et 2, l'anneau polygonal 17 du moyeu 16 se trouve dans la partie rotative correspondante 10A de la nacelle 15 10 et est relié à celle-ci par un dispositif de liaison approprié symbolisé par la référence 18 sur la figure 1. Les pales 15 sont formées d'un corps de pale 15A et d'un pied de pale 15B, fixé à l'anneau polygonal correspondant. Pour alléger la turbomachine, les pales 15 des hélices 7 et 8 sont par exemple réalisées en matériau com- 20 posite. Selon l'invention, chacune des pales 15 comporte un canal 19 d'écoulement d'un flux d'air chaud (symbolisé par la flèche F), qui s'étend le long du bord d'attaque 15C de la pale 15, depuis son pied de pale 15B. En outre, chaque pale 15 comporte une pièce d'extrémité 20 qui en- 25 toure le bord amont 15D du corps de pale 15A, de telle façon que le canal d'écoulement 19 soit ménagé entre le bord amont 15D et la pièce 20. Comme le montrent les figures 2 et 3, la pièce d'extrémité 20 d'une pale 15 se présente sous la forme d'une lamelle métallique pliée (encore dé-signée clinquant), dont les extrémités longitudinales sont rapportées et fixées 30 sur la partie amont du corps de pale 15A (par exemple par soudure), le long de son bord amont 15D. Autrement dit, le canal d'écoulement 19 est défini entre le bord amont 15D du corps de pale 15A et la paroi interne 201 de la pièce 20. On notera que le bord d'attaque 15C de la pale 15 associée est formé par la pièce d'extrémité 20. Ainsi, grâce à l'invention, un flux d'air chaud F s'écoule au travers du canal d'écoulement 19, depuis l'extrémité amont 19A de celui jusqu'à son extrémité aval 19B par laquelle le flux F peut s'échapper. Bien que le flux d'air chaud F puisse se refroidir progressivement lors de la traversée du canal 19 (autrement dit, à l'extrémité 19B, le flux F est plus froid qu'à l'extrémité 19A), la force centrifuge s'exerçant sur les particules d'air du flux F est d'autant plus élevée que l'on s'écarte radialement du pied de pale 15B (du fait de la rotation de l'hélice correspondante), de sorte que, à l'extrémité 19B, les particules d'air du flux F ont une vitesse supérieure à celle qu'elles avaient à leur entrée dans le canal 19 (extrémité 19A), ce qui aug- mente l'échauffement de la pièce 20 par friction des particules d'air contre cette dernière. En d'autres termes, l'accélération des particules d'air du flux F, par la force centrifuge, provoque un échauffement qui augmente radialement lorsque l'on s'écarte de l'entrée du canal 19 (extrémité 19A) et qui permet de compenser le refroidissement du flux F. En outre, le flux d'air chaud F provient des circuits de ventilation des éléments de turbine. En effet, une partie de l'air circulant dans ces circuits peut passer soit par des évidements traversants de zones intermédiaires de l'anneau polygonal 17 (lorsque ce dernier comporte de tels évidements traversants), soit par des jeux formés entre les différentes pièces tournantes et fixes des hélices, soit encore via des orifices et/ou conduits prévus à cet effet (non représentés sur les figures). De manière à protéger le bord amont 15D du corps de pale 15A contre la chaleur apportée par le flux d'air chaud F lors de son écoulement dans le canal 19, une couche isolante 21 recouvre avantageusement la surface ex- terne du bord amont 15D et s'étend sur toute la longueur du canal d'écoulement 19. La couche isolante 21, par exemple collée à la surface externe du bord amont 15D, peut être formée à partir d'une résine synthétique isolante (encore désignée sous l'appellation commerciale BAKELITE), résistant à la chaleur. Par ailleurs, comme le montre la figure 3, la paroi interne 201 de la pièce 20 comporte une pluralité de nervures longitudinales 22 s'étendant le long de ladite pièce 20 et régulièrement espacées les unes des autres. De telles nervures 22 permettent le renforcement de la pièce d'extrémité 20 pour la rendre résistante aux chocs d'oiseaux et préviennent toute obstruction du canal d'écoulement 19 (par exemple avec les restes d'un oiseau ayant percuté la pale). De plus, chaque pale 15 peut également comporter une vanne 23 pour le contrôle du débit du flux d'air chaud F circulant dans le canal d'écoulement 19. Une telle vanne 23, disposée dans le pied de pale 15B ou dans la partie inférieure du corps de pale 15A attenante au pied 15B, peut, par exemple, 15 être formée d'une lame coulissante escamotable (non représentée), apte à venir obturer, intégralement ou partiellement, l'ouverture définie à l'extrémité longitudinale 19A du canal 19, avoisinant le pied de pale 15B. Ainsi, grâce à la vanne 23, on peut contrôler le débit du flux chaud F circulant dans le canal 19 et donc l'intensité du réchauffement du bord 20 d'attaque 15C de la pale 15. En outre, lorsque le réchauffement du bord d'attaque 15C d'une pale 15 n'est pas nécessaire, celui-ci peut ne pas être mis en oeuvre, ou bien encore interrompu, en fermant la vanne 23 correspondante afin de préserver la pale 15 de la chaleur. II va de soi que la présente invention n'est pas limitée à l'exemple de 25 réalisation décrit précédemment. En effet, on pourrait également envisager que le canal d'écoulement de gaz chaud soit ménagé dans le corps des pales, le long du bord amont de celui-ci. REVENDICATIONS1. Pale pour une hélice de turbomachine (7, 8), caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins un canal (19) d'écoulement d'un flux de gaz chaud (F) qui s'étend, au moins partiellement, le long de son bord d'attaque (15C). 2. Pale selon la revendication précédente, comportant un corps de pale (15A) solidaire d'un pied de pale (15B), dans laquelle le canal d'écoulement (19) s'étend, au moins en partie, le long du corps de pale depuis le pied de pale. 3. Pale selon la revendication précédente, comportant une pièce d'extrémité (20) qui entoure, au moins partiellement, le bord amont (15D) du corps de pale (15A), de telle façon que le canal d'écoulement (19) soit ménagé entre le bord amont dudit corps et ladite pièce. 4. Pale selon la revendication précédente, dans laquelle la pièce 15 d'extrémité (20) est métallique. 5. Pale selon l'une des revendications 3 ou 4, dans laquelle la paroi interne (201) de la pièce d'extrémité (20) comporte une pluralité de nervures longitudinales (22). 6. Pale selon l'une des revendications 2 à 5, comportant un isolant 20 thermique (21), par exemple de la BAKELITE, qui recouvre, au moins en partie, le bord amont (15D) du corps de pale (15A). 7. Pale selon la revendication précédente, dans laquelle l'isolant thermique (21) se présente sous la forme d'une couche s'étendant à l'intérieur du canal d'écoulement (19) sur le bord amont (15D) du corps de pale. 25 8. Pale selon l'une des revendications précédentes, comportant une vanne (23) pour contrôler le débit du flux de gaz chaud (F) circulant dans le canal d'écoulement (19), ladite vanne (23) étant notamment agencée au voisinage du pied de pale (15B). 9. Pale selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le 30 flux de gaz chaud (F) provient des circuits de ventilation de la turbomachine associée. 10. Pale selon l'une des revendications précédentes, comportant un corps de pale (15A) solidaire d'un pied de pale (15B) formés en matériau composite. 11. Turbomachine, notamment du type à soufflante non carénée, cas ractérisée par le fait qu'elle comporte au moins une hélice (7, 8) formée de pales (15) du type de celle spécifiée sous l'une des revendications 1 à 10.