Brevet FR3056630A1 — publié le 20180330

DISQUE AUBAGE MONOBLOC DE SOUFFLANTE POUR TURBOMACHINE D'AERONEF DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine des turbomachines d'aéronef, et de préférence aux turboréacteurs. Elle concerne plus précisément la conception et la fabrication d'un disque aubagé monobloc de soufflante, également dénommé « DAM », ou encore « Blisk » en anglais. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE La soufflante est une pièce particulièrement complexe, dont la conception requiert des équipes spécialisées de manière à traiter simultanément des aspects aérodynamiques, acoustiques, et mécaniques propres à cette pièce tournante intégrée à l'avant des turboréacteurs. La tenue mécanique constitue en effet une préoccupation majeure, et en particulier la tenue à l'ingestion de volatile. Les aubes du disque aubagé monobloc doivent pouvoir résister à un impact de volatile sans rompre, afin de ne pas générer de débris d'aubes. En cas de rupture causant de tels débris, ceux-ci doivent être contenus dans le carter de soufflante. Cette hypothèse peut conduire à surdimensionner le carter, avec pour conséquence l'augmentation de la masse globale du turboréacteur. Cette problématique mécanique est encore plus sévère dans le cas d'un disque aubagé monobloc, dont le comportement dynamique en cas d'impact de volatile diffère sensiblement de celui rencontré sur les pièces plus classiques, du type comprenant un disque sur lequel les aubes sont rapportées. Une solution à ce problème mécanique a été proposée dans le document FR 3 010 442, en augmentant le rayon de raccordement entre le bord de fuite de chaque aube, et la plateforme annulaire du disque. Cela permet de diminuer les contraintes dans cette zone particulièrement chargée en cas d'impact de volatile. 3056630 2 Néanmoins, cette solution nécessite de rapporter sur le disque aubagé monobloc de soufflante une pièce de reconstitution de veine, pénalisant la masse globale et complexifiant la fabrication. Ainsi, il existe un besoin d'optimisation de la conception de cette pièce 5 singulière de turbomachine formée par le disque aubagé monobloc de soufflante, notamment en ce qui concerne sa capacité à résister à un impact de volatile tout en présentant une faible masse. EXPOSÉ DE L'INVENTION Pour répondre à ce besoin, l'invention a tout d'abord pour objet un 10 disque aubagé monobloc de soufflante pour turbomachine d'aéronef, le disque aubagé monobloc comprenant un moyeu, une plateforme annulaire, ainsi que des aubes de soufflante agencées en saillie à partir de la plateforme annulaire. Selon l'invention, il comprend également, associée à au moins l'une des aubes de soufflante, une fente de déchargement mécanique d'un bord de fuite de l'aube de soufflante en cas d'ingestion de 15 volatile, la fente étant réalisée sur la plateforme annulaire en contournant ledit bord de fuite. Ainsi, en cas d'impact de volatile, la fente de déchargement permet de déporter les contraintes liées au choc à distance de la zone sensible du bord de fuite. Plus précisément, ces contraintes maximales sont déportées au niveau des extrémités de la 20 fente, et diminuées en raison de la flexibilité conférée par la présence de cette fente. Il en découle avantageusement une réduction sensible du risque de rupture des aubes, sans nécessiter l'adjonction de pièces additionnelles. Au contraire, la fente de déchargement réduit la masse de la plateforme annulaire du disque aubagé monobloc de soufflante. L'invention présente par ailleurs au moins l'une quelconque des 25 caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison. Selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention, la fente de déchargement est réalisée borgne en présentant un fond et une ouverture opposée au fond selon une direction radiale du disque aubagé monobloc. La fente borgne / 3056630 3 débouchante est ici conformée en une fente de déchargement non-traversante, c'est-à-dire ouverte sur une seule face de la plateforme. De préférence, la fente de déchargement est pratiquée sur une surface radialement interne de la plateforme annulaire, de manière à s'ouvrir radialement vers 5 l'intérieur. Cela permet de laisser intacte la surface opposée de la plateforme, qui est la surface épousée par le flux total d'air entrant dans la turbomachine. Cette solution apporte ainsi une réponse astucieuse à la problématique aérodynamique associée au disque aubagé monobloc de soufflante, en utilisant judicieusement la surface de la plateforme opposée à celle qui raccorde le bord de fuite d'aube, pour y implanter la fente 10 de déchargement. Néanmoins, en alternative, la fente de déchargement pourrait être réalisée sur la surface radialement externe de la plateforme annulaire, sans sortir du cadre de l'invention. De préférence, la surface délimitant la fente de déchargement présente en coupe transversale une forme de tronçon de cercle, de tronçon d'ellipse, ou de 15 tronçon de polygone. De préférence, le ligament de matière défini entre le fond de la fente, et la surface de la plateforme opposée à celle sur laquelle est pratiquée la fente, constitue un fusible mécanique en cas d'impact de volatile sur l'aube associée à cette fente. Après rupture de ce fusible mécanique causée par l'impact d'un volatile, la zone est encore 20 davantage assouplie, et les risques de rupture limités. Selon un second mode de réalisation préféré de l'invention, la fente de déchargement est pratiquée traversante sur la plateforme annulaire, ladite fente étant préférentiellement comblée par un matériau de remplissage pour répondre à la problématique aérodynamique. 25 Quel que soit le mode de réalisation envisagé, la fente de déchargement présente par exemple une forme générale en U, en V, ou en fer à cheval, les deux extrémités opposées de la fente étant préférentiellement élargies de manière à diminuer les contraintes subies. De préférence, la fente de déchargement présente une largeur moyenne comprise entre 3 et 8 mm, et encore plus préférentiellement comprise entre 5 3056630 4 et 7 mm. Néanmoins, la largeur moyenne peut aussi être d'environ 2 mm, ou encore d'environ 10 mm. De préférence, la fente de déchargement s'étend de part et d'autre de l'aube sur une distance, à compter du bord de fuite, supérieure à 2 cm. Afin d'assouplir au 5 mieux la zone sensible, la distance précitée peut correspondre à au moins un tiers de la longueur de squelette de l'aube concernée. Enfin, l'invention a pour objet une turbomachine d'aéronef comprenant un disque aubagé monobloc de soufflante tel que décrit ci-dessus. Il s'agit préférentiellement d'un turboréacteur à double flux. 10 D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels ; 15 - la figure 1 représente une vue schématique en coupe axiale d'un turboréacteur à double flux selon l'invention ; - la figure 2 représente une vue en perspective d'un disque aubagé monobloc de soufflante équipant le turboréacteur montré sur la figure 1, le disque se présentant sous la forme d'un premier mode de réalisation préféré de l'invention ; 20 - la figure 3 est une vue en perspective d'un tronçon angulaire du disque aubagé monobloc montré sur la figure précédente ; - la figure 4 est une vue en perspective du tronçon angulaire montré sur la figure précédente, selon un angle de vue différent ; - la figure 5 est une vue partielle du tronçon angulaire montré sur les 25 figures 3 et 4, selon une vue radiale depuis l'extérieur ; - la figure 6a est une vue en coupe prise selon la ligne VI-VI de la figure 5, tandis que les figures 6b et 6c sont des vues analogues, montrant des alternatives de réalisation ; 3056630 5 - la figure 7 montre une alternative de réalisation pour la fente de déchargement équipant le tronçon angulaire de disque ; - la figure 8 est une vue analogue à celle de la figure 3, avec le tronçon angulaire de disque se présentant sous la forme d'un second mode de réalisation préféré 5 de l'invention ; - la figure 9 est une vue en perspective analogue à la précédente, selon un angle de vue différent ; - la figure 10 est une vue en coupe de la plateforme annulaire équipant le tronçon angulaire de disque montré sur les figures 8 et 9 ; et 10 - la figure 11 est une vue en coupe montrant une variante de réalisation de la plateforme annulaire équipant le tronçon angulaire de disque montré sur les figures 8 et 9. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS Comme l'illustre la figure 1 qui est une vue schématique de l'invention 15 en coupe axiale d'un turboréacteur 10 à double flux et à double corps, ce dernier comporte, de l'amont vers l'aval selon la direction principale d'écoulement des gaz schématisée par la flèche 11, un compresseur basse pression 12, un compresseur haute pression 14, une chambre de combustion 16, une turbine haute pression 18 et une turbine basse pression 20, qui définissent une veine primaire 21 traversée par un flux 20 primaire de gaz 22. La turbine haute pression 18 est solidaire du compresseur haute pression 14 de manière à former un corps haute pression, tandis que la turbine basse pression 20 est solidaire du compresseur basse pression 12 de manière à former un corps basse pression, de sorte que chaque turbine entraîne le compresseur associé en rotation autour d'un axe longitudinal de turboréacteur 24, sous l'effet de la poussée des gaz 25 provenant de la chambre de combustion 16. Un carter intermédiaire 26 est habituellement interposé entre les compresseurs basse pression 12 et haute pression 14. Dans le cas des turboréacteurs à double flux, qui comprennent une soufflante 28 carénée par une nacelle 30 pour générer un flux secondaire 32 à travers une 3056630 6 veine secondaire 31, le carter intermédiaire 26 comporte en général des aubes directrices de sortie 34 traversant cette veine 31. Ces aubes 34, assimilables à des bras, sont également dites OGV (de l'anglais « Outlet Guide Vane »). L'invention porte plus particulièrement sur la soufflante 28, dont la 5 partie rotative est formée par un disque aubagé monobloc de soufflante, qui sera dénommé « DAM 28 » dans la suite de la description et dont un premier mode de réalisation préféré va maintenant être détaillé en référence aux figures 2 à 7. Le DAM 28 est une pièce métallique rotative d'axe 24, réalisée d'une seule pièce comprenant un moyeu 40 autour duquel est agencée une plateforme 10 annulaire 42. De plus, cette pièce comporte des aubes de soufflante 44 agencées en saillie radialement vers l'extérieur à partir de la plateforme annulaire 42. Plus précisément, les aubes 44 s'étendent à partir d'une surface radialement externe 42a, opposée à une surface radialement interne 42b. Au niveau de la surface radialement externe 42a, un rayon de raccordement 46 est prévu entre la base de chaque aube 44 et 15 cette même surface 42a. Le rayon de raccordement s'étend tout autour de l'aube, en longeant l'intrados 51, le bord d'attaque 48, l'extrados 50 et le bord de fuite 49, comme cela est visible sur les figures 3 et 5. La suite de la description concerne un tronçon angulaire de DAM 28 comportant une unique aube 44, mais il est entendu que l'invention s'applique de 20 préférence à tous les autres tronçons angulaires composant le DAM 28. L'une des particularités de l'invention réside dans la mise en oeuvre d'une fente de déchargement mécanique du bord de fuite 49 de l'aube 44, qui permet d'introduire de la souplesse au sein du DAM 28 en cas d'ingestion de volatile par la soufflante. Dans ce premier mode de réalisation préféré, la fente de déchargement 25 mécanique 52 est pratiquée débouchante sur une unique face de la plateforme, c'est-à- dire qu'elle est borgne en étant fermée au niveau de la surface radialement externe 42a de la plateforme, mais ouverte au niveau de la surface radialement interne 42b. En d'autres termes, la fente 52 présente un fond 54 et une ouverture 56 opposée au fond selon la direction radiale du DAM 28, cette direction étant schématisée par la flèche 58. 3056630 7 Ainsi, la fente 52 ne perturbe pas l'écoulement du flux total d'air sur la surface 42a, à partir de laquelle s'étendent les aubes. La fente de déchargement mécanique 52 contourne le bord de fuite 49. C'est-à-dire qu'en vue radiale depuis l'extérieur telle que celle de la figure 5, la fente 52 5 masquée par la surface 42a se situe à distance du bord de fuite 49, ainsi qu'à distance des parties d'intrados 51 et d'extrados 50 situées à proximité de ce bord de fuite. Ici, la fente 52 adopte une forme générale de U, même si d'autres formes analogues pourraient être retenues, comme une forme générale de V ou encore de fer à cheval. Dans cette configuration, toujours en vue radiale depuis l'extérieur et en 10 considérant la fente 52 visible par transparence de la plateforme 42, la base du bord de fuite 49 est logée dans le creux du U formé par la fente. Les branches du U sont préférentiellement de même longueur, même s'il pourrait en être différent, sans sortir du cadre de l'invention. Chaque branche longe donc respectivement l'intrados 51 et l'extrados 50 de l'aube, à distance de ces surfaces aérodynamiques, et également à 15 distance du rayon de raccordement 46. Les deux branches s'étendent également sensiblement à une même distance d'un squelette d'aube 60 référencé sur la figure 5, en étant préférentiellement sensiblement parallèles à ce même squelette 60. La largeur moyenne « Lm » de la fente 52 est de préférence comprise entre 5 et 7 mm. La largeur de la fente peut être de manière moins précise dans un 20 intervalle entre 3 et 8 mm. Pour des aubes de petites dimensions, par exemple 40 cm d'étendue radiale, la largeur de la fente peut être éventuellement d'environ 2 mm. Pour des aubes de plutôt grandes dimensions, par exemple 100 cm d'étendue radiale, la largeur de la fente peut être éventuellement étendue à environ 10 mm. Par ailleurs, dans la direction du squelette 60, chaque branche du U s'étend à partir du bord de fuite 49 sur 25 une distance de fente « Df » supérieure à 2 cm. Encore plus préférentiellement, dans le but d'assouplir au mieux la zone sensible du DAM 28, la distance Df peut correspondre à au moins un tiers de la longueur totale du squelette d'aube 60, jusqu'à par exemple la moitié de la longueur totale de ce squelette. A cet égard, il est noté que la distance Df représentée sur la figure 5 est initiée à partir d'une droite 62 sensiblement orthogonale 30 au squelette 60, localement au niveau du bord de fuite 49. 3056630 8 La surface 64 qui délimite la fente de déchargement 52 peut présenter, en coupe transversale comme celle montrée sur la figure 6a, une forme de demi-cercle. D'autres solutions sont envisageables, comme un tronçon d'ellipse ou un tronçon de polygone tel qu'un quadrilatère, comme cela a été représenté respectivement sur les 5 figures 6b et 6c. Quoi qu'il en soit au sujet de la forme de la fente 52, il subsiste donc un ligament de matière 66 d'épaisseur « El » entre le fond 54 et la surface 42a de la plateforme annulaire 42. L'épaisseur El est par exemple comprise entre 0,3 et 0,5 fois l'épaisseur totale « Et » de la plateforme. Le but est de faire en sorte que le ligament 66 soit suffisamment résistant pour assurer la tenue mécanique de l'aube en 10 fonctionnement nominal, tout en étant capable de rompre à la manière d'un fusible mécanique en cas d'impact de volatile sur l'aube. Grâce à cette fonction fusible du ligament de matière, après l'impact sur l'aube, la zone est encore davantage assouplie et les risques de rupture de l'aube s'en trouvent avantageusement limités. Après rupture, les contraintes liées au choc du volatile sont effet 15 déportées au niveau des deux extrémités opposées de la fente de déchargement 52, à distance de la zone sensible de bord de fuite 49. D'ailleurs, afin de non seulement écarter la zone de contraintes maximales du bord de fuite, mais également de diminuer ces contraintes maximales, il est préférentiellement prévu des extrémités de fente 52' avec des dimensions sensiblement élargies par rapport à la largeur moyenne Lm du reste de la 20 fente. Comme cela a été schématisé sur la figure 7, il s'agit de préférence d'extrémités 52' de forme sensiblement circulaire, pour une meilleure répartition de contraintes. Les figures 8 à 10 représentent un second mode de réalisation préféré de la présente invention, qui partage un grand nombre de caractéristiques techniques avec le premier mode de réalisation qui vient d'être décrit. Sur les figures, les éléments 25 qui portent les mêmes références numériques correspondent à des éléments identiques ou similaires. Dans ce second mode, la seule différence réside dans la fente de déchargement mécanique 52 qui n'est plus seulement borgne, mais traversante. En d'autres termes, la fente 52 débouche au niveau de chacune des deux surfaces opposées 42a, 42b de la plateforme annulaire 42. Dans ce second mode de réalisation, pour limiter 30 les perturbations aérodynamiques du flux d'air total ingéré par la soufflante, la fente 52 3056630 9 peut être comblée par un matériau de remplissage 70 présentant une faible rigidité, par exemple à base de silicone. La figure 11 montre une variante de la réalisation telle que représentée en figure 10, avec un épaulement 72 dans la fente de déchargement 52, cet épaulement 5 permettant d'améliorer la retenue du matériau de remplissage 70. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemples non limitatifs. REVENDICATIONS1. Disque aubagé monobloc de soufflante (28) pour turbomachine d'aéronef, le disque aubagé monobloc comprenant un moyeu (40), une plateforme annulaire (42), ainsi que des aubes de soufflante (44) agencées en saillie à partir de la plateforme annulaire, caractérisé en ce qu'il comprend également, associée à au moins l'une des aubes de soufflante (44), une fente (52) de déchargement mécanique d'un bord de fuite (49) de l'aube de soufflante en cas d'ingestion de volatile, la fente étant réalisée sur la plateforme annulaire (42) en contournant ledit bord de fuite (49). 2. Disque selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fente de déchargement (52) est réalisée borgne en présentant un fond (54) et une ouverture (56) opposée au fond selon une direction radiale (58) du disque aubagé monobloc. 3. Disque selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fente de déchargement (52) est pratiquée sur une surface radialement interne (42b) de la plateforme annulaire, de manière à s'ouvrir radialement vers l'intérieur. 4. Disque selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que la surface (64) délimitant la fente de déchargement présente en coupe transversale une forme de tronçon de cercle, de tronçon d'ellipse, ou de tronçon de polygone. 5. Disque selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'un ligament de matière (66) défini entre le fond (54) de la fente (52), et la surface de plateforme (42a) opposée à celle sur laquelle est pratiquée la fente, constitue un fusible mécanique en cas d'impact de volatile sur l'aube (44) associée à cette fente (52). 3056630 11 6. Disque selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fente de déchargement (52) est pratiquée traversante sur la plateforme annulaire (42), ladite fente étant préférentiellement comblée par un matériau de remplissage (70). 5 7. Disque selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fente de déchargement (52) présente une forme générale en U, en V, ou en fer à cheval, les deux extrémités opposées (52') de la fente étant préférentiellement élargies. 10 8. Disque selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fente de déchargement (52) présente une largeur moyenne (Lm) comprise entre 3 et 8 mm, et de préférence comprise entre 5 et 7 mm. 9. Disque selon l'une quelconque des revendications précédentes, 15 caractérisé en ce que la fente de déchargement (52) s'étend de part et d'autre de l'aube sur une distance (Df), à compter du bord de fuite, supérieure à 2 cm. 10. Turbomachine (10) d'aéronef comprenant un disque aubagé monobloc de soufflante (28) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 20