Brevet FR3062432A1 — publié le 20180803

DOMAINE DE L'INVENTION [0001] La présente invention concerne le domaine des compresseurs axiaux de moteurs aéronautiques, plus précisément les aubes de ces compresseurs axiaux, notamment le profil du bord d'attaque 5 des pales de ces aubes. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0002] Un compresseur axial de moteur aéronautique comprend plusieurs étages tournants (rotor) et statiques (stator) répartis alternativement le long d'un arbre définissant l'axe du compresseur. Le 10 fluide s'écoulant dans le compresseur suit sensiblement l'axe de l'arbre. Les étages du stator peuvent être fixes, les pales étant immobiles par rapport au carter du compresseur, ou à calage variable, les pales pouvant pivoter autour de leur direction longitudinale (correspondant à la direction radiale du stator). Les étages du stator, fixe ou à calage variable sont 15 nommés ici « redresseurs ». Chaque redresseur fixe ou à calage variable a pour but de : Redresser l'écoulement, dont la direction a été modifiée par le rotor précédent, dans une direction sensiblement identique à l'axe compresseur, 20 Convertir l'énergie cinétique acquise par les rotors en pression en réduisant la vitesse de l'écoulement entre l'amont et l'aval d'un redresseur donné. [0003] Afin d'améliorer le rapport poids/poussée des moteurs aéronautiques, la tendance actuelle consiste à limiter le nombre 25 d'étages ou le nombre de pales par étage, tout en accentuant l'augmentation de pression statique de l'écoulement à la traversée de chaque redresseur. [0004] Or, cette augmentation de la pression statique à la traversée d'un redresseur peut entraîner un gradient de pression adverse 30 allant à l'encontre du sens de l'écoulement. Au niveau du pied de pale, donc proche de l'arbre du compresseur, ces gradients de pression adverses peuvent donner naissance à des décollements radiaux et/ou tangentiels de l'écoulement sur l'extrados des redresseurs. Ces décollements peuvent perturber l'écoulement dans le compresseur et 35 dégrader ainsi ses performances. Lorsqu'ils s'amplifient, ces décollements peuvent être la source du phénomène de pompage qui entraine une oscillation de débit d'écoulement, une chute brutale des performances, ou encore une dégradation importante du compresseur. La « marge au pompage » indique l'écart entre le régime de fonctionnement nominal du 3062432 2 moteur, et le régime à partir duquel le phénomène de pompage apparaît. Il est donc important, lors de la conception d'un compresseur, de dimensionner celui-ci de sorte à conserver une marge au pompage suffisante afin de retarder au maximum l'apparition du phénomène de pompage. [0005] Par conséquent, l'amélioration des performances des compresseurs axiaux de moteur aéronautique, en termes de rapport poids/poussée, se heurte actuellement aux contraintes liées à ce phénomène. Il existe donc un besoin pour un dispositif permettant d'améliorer ces performances, tout en conservant une marge au pompage suffisante. PRESENTATION DE L'INVENTION [0006] Pour répondre à ce besoin, suivant l'invention, il est proposé une aube configurée pour être placée avec une pluralité d'aubes identiques de manière à former une roue à aubes de moteur aéronautique, la roue à aubes définissant un axe, l'aube comportant une pale présentant un bord d'attaque et un bord de fuite, la courbe de bord d'attaque décrivant la forme du bord d'attaque de la pale dans une vue perpendiculaire à la pale présentant au moins une ondulation de bord d'attaque, ladite au moins une ondulation de bord d'attaque s'étendant sur moins de 30% d'une longueur de la pale à partir d'une première extrémité de la pale. [0007] Le terme « ondulation » est défini par rapport à une courbe de référence : cette courbe de référence est la courbe qui sous- tend la courbe étudiée mais avec une courbure régulière, sans variations de forme localisées. Le terme « ondulation » désigne ici une partie de courbe située entre deux minimums et comprenant un unique maximum, lesdits minimums et maximum étant définis par rapport à une courbe de référence. Les ondulations de bord d'attaque sont donc définies par rapport à une courbe de bord d'attaque de référence. [0008] Dans le présent exposé, une direction axiale correspond à l'axe du moteur. Une direction longitudinale de la pale désigne la direction dans laquelle s'étend principalement la pale, qui est la direction radiale lorsque l'aube est intégrée à une roue à aube. Lorsqu'une 35 aube est montée sur une roue à aube, la direction longitudinale de sa pale correspond à une direction radiale de la roue. Par conséquent, par « longueur de la pale » on comprend sa longueur suivant la direction 3062432 3 longitudinale. Par « vue perpendiculaire à la pale » on comprend une vue de côté, perpendiculaire à une face de la pale pouvant être l'intrados ou l'extrados de la pale. Ainsi, dans une projection suivant cette vue, le bord d'attaque de la pale définit une courbe reliant les deux extrémités de la 5 pale dans la direction longitudinale. [0009] Cette courbe de bord d'attaque, définissant le profil du bord d'attaque de la pale, présente au moins une ondulation de bord d'attaque s'étendant sur moins de 30% de la pale dans la direction longitudinale, depuis une extrémité de la pale. Les minimums 10 correspondent à une partie en creux du bord d'attaque, et le maximum correspond à une partie en saillie de la pale. Les parties en creux peuvent être réalisées par exemple par usinage. La réalisation d'une ondulation de bord d'attaque peut ainsi être simple et rapide. De préférence, sur les deux tiers restants de la longueur de la pale ne comportant pas 15 d'ondulation sur son bord d'attaque, la courbe de bord d'attaque est monotone. On comprend que la courbe de bord d'attaque est la courbe exprimant une distance entre le bord d'attaque et l'axe longitudinal de la pale, en projection suivant la vue perpendiculaire à la pale indiquée précédemment. 20 [0010] La présence d'une ou plusieurs ondulation(s) de bord d'attaque présente l'avantage de limiter la présence de décollements radiaux et/ou tangentiels de l'écoulement sur l'extrados de l'aube, lorsque celle-ci est montée sur une roue à aube, dans un compresseur axial. L'apparition du phénomène de pompage, et ainsi la dégradation 25 correspondante des performances du compresseur peuvent ainsi être retardées. [0011] Dans certains modes de réalisation, la courbe de bord d'attaque est monotone sur la plage allant de 30% à 70% de la longueur de la pale. Cette plage de 30% à 70% est complémentaire de 30 celle présentant l'ondulation. [0012] Dans certains modes de réalisation, la première ondulation de bord d'attaque s'étend depuis l'extrémité de la pale sur moins de 30% de la longueur de la pale, de préférence moins de 20%, de préférence encore moins de 10%. [0013] De préférence, le bord d'attaque présente une ou plusieurs ondulation(s) située(s) entre 0 et 30% de la longueur de la pale, 3062 432 4 voire 0 et 20%, voire 0 et 10%, suivie(s) par une portion de courbe de bord d'attaque monotone s'étendant depuis ladite une ou plusieurs ondulation(s) jusqu'à au moins 70% de la longueur de la pale. [0014] Le fait que la ou les ondulation(s) de bord d'attaque 5 soient disposées localement au niveau d'une extrémité de la pale permet de limiter les décollements radiaux et/ou tangentiels de l'écoulement, sans perturber l'écoulement sur toute la longueur de la pale, et donc sans dégrader les performances aéronautiques de celle-ci, lorsque l'aube est montée sur une roue à aubes dans un compresseur axial. De plus, il suffit 10 que les ondulations soient agencées au voisinage du bord d'attaque. Il n'est pas nécessaire qu'elles affectent la forme de la pale au-delà du tiers amont de la pale (mesuré du bord d'attaque au bord de fuite). [0015] Dans certains modes de réalisation, les ondulations de bord d'attaque peuvent être définies par une variation locale de la 15 corde de la pale. [0016] En effet, dans la vue perpendiculaire à la pale, la courbe définissant le bord de fuite de la pale peut présenter un profil linéaire et constant. Dans ce cas, les variations de la corde de la pale, suivant la direction longitudinale de celle-ci, correspondent aux variations 20 de la courbe de bord d'attaque. Ainsi, une partie en creux du bord d'attaque se caractérise par un minimum local de la corde, et une partie en saillie du bord d'attaque se caractérise par un maximum local de la corde. [0017] Dans certains modes de réalisation, l'aube comporte 25 un pied et une tête à ses extrémités, et la courbe de bord d'attaque présente au moins une ondulation de bord d'attaque s'étendant depuis le pied de pale sur moins de 30% de la longueur de la pale, et/ou au moins une ondulation de bord d'attaque s'étendant depuis la tête de pale sur moins de 30% de la longueur de la pale. 30 [0018] Le fait que l'ondulation de bord d'attaque soit disposée au niveau d'une extrémité ou des deux extrémités de la pale permet de limiter les décollements radiaux et/ou tangentiels de l'écoulement, sans perturber l'écoulement sur tout la longueur de la pale, entre ces deux extrémités, et donc sans dégrader les performances 35 aéronautiques de celle-ci, lorsque l'aube est montée sur une roue à aubes dans un compresseur axial. 3062432 5 [0019] Dans certains modes de réalisation, la courbe de bord d'attaque présente deux ou trois ondulations de bord d'attaque s'étendant depuis le pied de pale sur moins d'un tiers de la longueur de la pale, et/ou deux ou trois ondulations de bord d'attaque s'étendant depuis 5 la tête de pale sur moins d'un tiers de la longueur de la pale. Ces ondulations peuvent être plus nombreuses, par exemple au nombre de quatre ou cinq. [0020] La présence de plusieurs ondulations de bord d'attaque disposées au niveau d'une extrémité ou des deux extrémités de 10 la pale permet d'optimiser les performances de celle-ci, en limitant davantage les décollements radiaux et/ou tangentiels de l'écoulement sur l'extrados de l'aube, lorsque celle-ci est montée sur une roue à aube, dans un compresseur axial. L'apparition du phénomène de pompage, et ainsi une dégradation importante du compresseur peuvent ainsi être davantage 15 retardées. [0021] D'autre part, les ondulations de la courbe de bord d'attaque peuvent avantageusement être couplées avec certaines modifications affectant la courbe squelette de la pale. La courbe squelette (ou ligne de cambrure moyenne), dans un plan à un niveau considéré 20 dans la direction longitudinale de la pale, est la courbe reliant le bord d'attaque et le bord de fuite de la pale, et définissant la cambrure de la pale. L'angle d'attaque est un angle entre la courbe squelette au bord d'attaque de la pale et l'axe de la roue à aubes dans un plan à un niveau considéré dans la direction longitudinale de la pale. 25 [0022] On comprend que l'angle d'attaque est l'angle formé entre la tangente à la courbe squelette au bord d'attaque de la pale, et l'axe de la roue, lorsque l'aube est montée sur une roue à aubes. Par ailleurs, la courbe d'angle d'attaque définit l'évolution de cet angle d'attaque dans la direction longitudinale de la pale, le long de celle-ci. 30 [0023] Dans certains modes de réalisation, la courbe d'angle d'attaque décrivant l'évolution de l'angle d'attaque le long de la pale présente au moins une ondulation d'angle d'attaque s'étendant sur moins d'un tiers de la longueur de la pale à partir de la première extrémité de la pale dans la direction longitudinale, par rapport à une courbe d'angle 35 d'attaque de référence. 3062432 6 [0024] De préférence, sur la partie centrale de la pale ne comportant pas d'ondulation d'angle d'attaque, la courbe de bord d'attaque est de préférence monotone. [0025] La présence de cette ondulation d'angle d'attaque 5 présente l'avantage, en combinaison avec la ou les ondulation(s) de bord d'attaque, de limiter la présence de décollements radiaux et/ou tangentiels de l'écoulement sur l'extrados de l'aube, lorsque celle-ci est montée sur une roue à aube, dans un compresseur axial. L'apparition du phénomène de pompage, et ainsi une dégradation importante du compresseur 10 peuvent ainsi être retardées encore plus efficacement. [0026] Dans certains modes de réalisation, la courbe d'angle d'attaque présente au moins une ondulation d'angle d'attaque s'étendant depuis le pied de pale sur moins d'un tiers de la longueur de la pale, et/ou au moins une ondulation d'angle d'attaque s'étendant depuis la tête de 15 pale sur moins d'un tiers de la longueur de la pale. [0027] Dans certains modes de réalisation, la courbe d'angle d'attaque présente deux ou trois ondulations d'angle d'attaque s'étendant depuis le pied de pale sur moins d'un tiers de la longueur de la pale, et/ou deux ou trois ondulations d'angle d'attaque s'étendant depuis la tête de 20 pale sur moins d'un tiers de la longueur de la pale. Ces ondulations peuvent être plus nombreuses, par exemple au nombre de quatre ou cinq. [0028] Dans certains modes de réalisation, au moins un maximum d'une ondulation de la courbe de bord d'attaque est disposé plus près, suivant la direction longitudinale de la pale, d'un minimum de la 25 courbe d'angle d'attaque (le minimum de la courbe d'angle d'attaque le plus proche) que d'un maximum d'une ondulation d'angle d'attaque (le maximum le plus proche d'une ondulation d'angle d'attaque). [0029] De préférence, lorsque la courbe de bord d'attaque et la courbe d'angle d'attaque présentent chacune par exemple une 30 ondulation, les maximums de chacune d'elles ne sont pas en regard l'un de l'autre. Ainsi, lorsque la courbe de bord d'attaque et la courbe d'angle d'attaque sont représentées dans le même repère, les maximums de chacune d'elles présentent entre eux un déphasage. Plus précisément, le maximum de chacune d'elles est disposé plus près d'un minimum de 35 l'autre courbe. En d'autres termes, sur la pale, un maximum de la courbe d'angle d'attaque est disposé au niveau d'une partie en saillie du bord 3062432 7 d'attaque, et un minimum de la courbe d'angle d'attaque est disposé au niveau d'une partie en creux. [0030] Cette disposition des maximums et minimums respectifs de chaque courbe permet d'optimiser les performances 5 aérodynamiques de l'aube, en limitant la présence de décollements radiaux et/ou tangentiels de l'écoulement sur l'extrados de l'aube, lorsque celle-ci est montée sur une roue à aube, dans un compresseur axial. L'apparition du phénomène de pompage, et ainsi une dégradation importante du compresseur peuvent ainsi être davantage retardées. 10 [0031] Dans certains modes de réalisation, au moins un maximum compris dans une ondulation de la courbe de bord d'attaque est disposé sensiblement à la même position, suivant la direction longitudinale de la pale, qu'un minimum délimitant une ondulation d'angle d'attaque. [0032] Le présent exposé concerne également une roue à 15 aubes comportant une pluralité d'aubes selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS [0033] L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de 20 réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles : - la figure 1 représente schématiquement une roue à aubes de moteur aéronautique ; - la figure 2 représente schématiquement des lignes de 25 recirculation sur une aube de la roue à aubes de la figure 1 ; - la figure 3 représente une vue en coupe de l'aube de la figure 2; - la figure 4 représente le profil du bord d'attaque d'une aube, dans un mode de réalisation de l'invention ; et 30 - la figure 5 représente l'évolution des courbes de bord d'attaque et d'angle d'attaque dans un deuxième mode de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE D'EXEMPLES DE REALISATION [0034] La figure 1 représente une roue à aubes 1 35 constituant un étage d'un compresseur axial de moteur aéronautique (non représenté) comprenant plusieurs étages tournants (rotor) et statiques 3062432 8 (stator) répartis alternativement le long d'un arbre définissant l'axe A du compresseur. La roue à aubes 1 (ou redresseur) est un étage statique (ou stator) du compresseur, comportant une pluralité d'aubes. Le stator peut être fixe, les aubes étant immobiles par rapport au carter du compresseur, 5 ou à calage variable, les aubes pouvant pivoter autour de leur direction longitudinale (correspondant à la direction radiale du stator). La flèche F représente le sens d'écoulement de l'air par rapport à la roue à aubes 1. [0035] Dans la suite de la description, les termes « amont » et « aval » seront compris selon le sens d'écoulement de l'air. La direction 10 z désigne une direction selon laquelle une pale 10 s'étend radialement par rapport à la roue à aube 1, entre son pied de pale 12 et sa tête de pale 14. Ainsi, les termes « hauteur de la pale » ou « le long de la pale », seront compris selon cette direction z. La direction y désigne une direction perpendiculaire à la direction z, selon laquelle une pale 10 s'étend entre 15 son bord d'attaque 10a et son bord de fuite 10b. En d'autres termes, la direction y est parallèle à la corde 30 de la pale 10. La direction x est la direction perpendiculaire aux directions y et z, selon laquelle la pale 10 s'étend globalement suivant son épaisseur. [0036] La figure 2 est une vue partielle d'une aube de la 20 roue à aube 1 (la tête de l'aube n'est pas représentée). Chaque aube comporte une pale 10 comportant un bord d'attaque 10a, un bord de fuite 10b, un pied de pale 12, une tête de pale, et un extrados 16. L'augmentation de la pression statique à la traversée de la roue à aubes 1 peut entraîner un gradient de pression adverse allant à l'encontre du sens 25 de l'écoulement, représenté par la flèche R sur la figure 2. Au niveau du pied de pale 12, ces gradients de pression adverses peuvent donner naissance à des décollements 18 comprenant des décollements radiaux 18r et/ou des décollements tangentiels 18t de l'écoulement sur l'extrados 16 des pales 10, pouvant perturber l'écoulement dans le compresseur et 30 dégrader ainsi ses performances. [0037] La figure 3 est une vue en coupe, suivant un plan parallèle au plan x-y, de la pale 10. Suivant cette vue, la courbe squelette 20 (ou ligne de cambrure moyenne), est la courbe reliant le bord d'attaque 10a et le bord de fuite 10b de la pale 10, et définissant la 35 cambrure de la pale 10. La courbe squelette est définie par l'ensemble des centres des cercles inscrits dans le profil de l'aube sur son étendue entre son bord d'attaque et son bord de fuite, chaque cercle inscrit étant tangent à la courbe intrados et à la courbe extrados. L'angle d'attaque 13 3062 432 9 est l'angle formé entre la tangente T à la courbe squelette 20 au bord d'attaque 10a de la pale 10, et l'axe de la roue A, lorsque l'aube est montée sur une roue à aubes. Sur la figure 3, l'angle [3 est donc positif. La courbe d'angle d'attaque définit l'évolution de cet angle d'attaque f3 5 suivant la direction z, le long de la pale 10. [0038] La figure 4 est une vue de côté qui est une vue perpendiculaire au plan y-z d'une pale 10 similaire à la pale 10 présentée précédemment. Cette vue est donc une vue perpendiculaire à la pale 10. Suivant cette vue, la courbe de bord d'attaque définit l'évolution du profil 10 du bord d'attaque 10a suivant la direction z. En d'autres termes, la courbe de bord d'attaque correspond, suivant la vue de la figure 4, aux variations de l'extrémité amont (extrémité gauche sur la figure 4) de la pale. La pale 10 représentée sur la figure 4 représente une aube selon l'invention dans laquelle la courbe de bord d'attaque comporte une ondulation de bord 15 d'attaque. Une ondulation désigne une partie de courbe située entre deux minimums ml et m2 séparés par un maximum M unique. De plus, H désigne la hauteur totale de la pale, entre le pied de pale 12 et la tête de pale 14, et h désigne une hauteur quelconque de la pale, de sorte que 0 h REVENDICATIONS1. Aube configurée pour être placée avec une pluralité d'aubes identiques de manière à former une roue à aubes (1) de moteur aéronautique, la roue à aubes définissant un axe (A), l'aube comportant une pale (10) présentant un bord d'attaque (10a) et un bord de fuite (10b), la courbe de bord d'attaque décrivant la forme du bord d'attaque (10a) de la pale (10) dans une vue perpendiculaire à la pale (10) présentant au moins une ondulation de bord d'attaque (10a), ladite au moins une ondulation de bord d'attaque (10a) s'étendant sur moins de 30% d'une longueur (1-1) de la pale à partir d'une première extrémité de la pale. 2. Aube selon la revendication 1, dans laquelle la courbe de bord d'attaque (10a) est monotone sur la plage allant de 30% à 70% de la longueur (H) de la pale. 3. Aube selon la revendication 1 ou 2, comportant un pied (12) et une tête (14) à ses extrémités, dans laquelle la courbe de bord d'attaque (10a) présente au moins une ondulation de bord d'attaque (10a) s'étendant depuis le pied de pale (12) sur moins de 30% de la longueur (H) de la pale (10), et/ou au moins une ondulation de bord d'attaque (10a) s'étendant depuis la tête de pale (14) sur moins de 30% de la longueur (H) de la pale (10). 4. Aube selon la revendication 3, dans laquelle la courbe de bord d'attaque (10a) présente deux ou trois ondulations de bord d'attaque (10a) s'étendant depuis le pied de pale (12) sur moins d'un tiers de la longueur (H) de la pale (10), et/ou deux ou trois ondulations de bord d'attaque (10a) s'étendant depuis la tête de pale (12) sur moins d'un tiers de la longueur (H) de la pale (10). 5. Aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle, un angle d'attaque (13) étant un angle entre la tangente (T) à la courbe squelette (20) au bord d'attaque (10a) de la pale (10) et l'axe (A) de la roue à aubes dans une vue suivant la direction longitudinale de la pale, une courbe d'angle d'attaque (5) 3062432 13 décrivant l'évolution de l'angle d'attaque ([3) le long de la pale (10) présente au moins une ondulation d'angle d'attaque (p) s'étendant sur moins d'un tiers de la longueur (H) de la pale à partir de la première extrémité de la pale (10). 5 6. Aube selon la revendication 5, dans laquelle la courbe d'angle d'attaque ([3) présente au moins une ondulation d'angle d'attaque ([3) s'étendant depuis un pied de pale (12) sur moins d'un tiers de la longueur (H) de la pale (10), et/ou au moins une ondulation 10 d'angle d'attaque (p) s'étendant depuis une tête de pale (12) sur moins d'un tiers de la longueur (H) de la pale (10). 7. Aube selon la revendication 6, dans laquelle la courbe d'angle d'attaque ((3) présente deux ou trois ondulations d'angle d'attaque 15 03) s'étendant depuis le pied de pale (12) sur moins d'un tiers de la longueur (H) de la pale (10), et/ou deux ou trois ondulations d'angle d'attaque ([3) s'étendant depuis la tête de pale (14) sur moins d'un tiers de la longueur (H) de la pale (10). 20 8. Aube selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans laquelle, une ondulation étant une partie de courbe située entre deux minimums et comprenant un unique maximum, au moins un maximum (M10a) d'une ondulation de la courbe de bord d'attaque (10a) est disposé plus près, suivant la direction longitudinale de la 25 pale (10), d'un minimum (mp) de la courbe d'angle d'attaque (13) que d'un maximum (M13) d'une ondulation d'angle d'attaque (p). 9. Aube selon la revendication 8, dans laquelle au moins un maximum (M10a) compris dans une ondulation de la courbe de bord 30 d'attaque (10a) est disposé sensiblement à la même position, suivant la direction longitudinale de la pale (10), qu'un minimum (m[3) délimitant une ondulation d'angle d'attaque ([3). 10. Roue à aubes (1) comportant une pluralité de d'aubes selon l'une 35 quelconque des revendications précédentes.