Brevet FR3063146A1 — publié le 20180824

Dispositif de distorsion de flux La présente invention concerne un dispositif de distorsion de flux destiné à être placé dans une veine d'écoulement d'air d'une machine d'essai, en particulier une machine d'essai aéro-acoustique. Dans le cadre d'essai aéro-acoustiques, il est connu d'installer un dispositif de distorsion de flux en partie amont de la veine, de façon à pouvoir simuler différents phénomènes aérodynamiques, tels que la présence d'une aile d'un avion, du sol ou du carénage de l'avion près du moteur. La figure 1 illustre une partie d'une machine d'essai 1 de l'art antérieur. Celle-ci comporte une veine 2 d'axe X dont les dimensions sont réduites par rapport aux dimensions réelles d'une turbomachine, par exemple d'un rapport 4. La veine 2 est délimitée par un carter externe 3, une machine 4 comportant un arbre tournant 5 étant montée dans la veine. Cet arbre est solidaire d'un disque 6 portant des aubes 7, simulant par exemple un rotor de soufflante. En amont du disque 6 et des aubes 7 est monté un dispositif de distorsion de flux 8. Ce dernier est ainsi monté dans une zone simulant une manche d'entrée d'air d'une turbomachine. Le dispositif 8, mieux visible aux figures 2 et 3, comporte une grille 9 s'étendant dans un plan radial, et un renfort 10 situé en aval de la grille 9. La grille 9 est par exemple formée d'un maillage de fils tressés, le diamètre des fils, la forme et les dimensions du maillage étant fonction du phénomène aérodynamique à simuler. Le renfort 10 comporte une partie annulaire radialement interne 11 et une partie annulaire radialement externe 12, reliées par des bras rectilignes 13 s'étendant entre les parties annulaires interne 11 et externe 12. Les bras 13 s'étendent chacun dans la direction radiale. On désignera par la référence e, l'épaisseur de chaque bras 13, c'est-à-dire la dimension du bras 13 suivant la direction perpendiculaire à la 3063146 2 direction d'extension du bras 13 (la direction radiale dans ce cas) et perpendiculaire à l'axe X des parties annulaires interne et externe 11, 12. On désignera par I, la largeur de chaque bras 13, c'est-à-dire la dimension du bras 13 suivant l'axe X. 5 Le renfort 10 permet de maintenir la grille 9 en position afin d'éviter que celle-ci soit arrachée sous l'effet des contraintes qui peuvent être appliquées en fonctionnement. La partie annulaire externe 12 du renfort 10 est fixée à l'aide de brides au carter externe 3. En fonctionnement, le renfort vibre selon des modes propres de 10 plusieurs ordres, certains des modes propres entrant dans la plage de fréquence correspondant à un fonctionnement normal de la machine d'essai. Ces vibrations peuvent engendrer la rupture de la grille, si celle-ci entre en résonance. Par ailleurs, afin de prendre en compte les vibrations du renfort, celui-ci doit être instrumenté à l'aide de capteurs, ce qui augmente la 15 complexité de la machine 1 et des calculs, et nécessite un suivi dynamique lors de l'essai. Afin d'éviter les inconvénients précités, il est nécessaire de réduire l'impact des vibrations du renfort, en modifiant sa géométrie de telle sorte que les modes propres soit situés hors de la gamme de fréquence 20 correspondant à un fonctionnement normal. Pour cela, une solution consiste à augmenter l'épaisseur ou la largeur des bras ou de la partie annulaire interne. Cela réduit cependant de façon significative la section d'entrée d'air, ce qui perturbe l'essai à réaliser. On rappelle en effet que la section de la machine est réduite par rapport à 25 une section réelle d'une turbomachine. Par ailleurs, le renfort est une structure mécanosoudée et il est difficile de modifier avec précision les dimensions d'une telle structure. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique aux problèmes précités. 30 A cet effet, elle propose un dispositif de distorsion de flux destiné à être placé dans une veine d'écoulement d'air d'une machine d'essai, le 3063146 3 dispositif comportant une grille et un renfort comprenant une partie annulaire radialement interne et une partie annulaire radialement externe reliées par des bras s'étendant entre les parties annulaires interne et externe, caractérisé en ce que chaque bras s'étend de façon oblique par rapport à la 5 direction radiale. Il a été constaté, de façon surprenante, que l'angle des bras par rapport à la direction radiale a un effet sur le décalage de la fréquence des modes propres. En effet, le fait d'incliner les bras par rapport à la direction radiale permet d'élever la fréquence des modes propres de sorte que le 10 renfort n'entre pas en résonance suivant les différents modes, pour des gammes de fréquence correspondant à un fonctionnement normal de la machine d'essai, par exemple pour une gamme de fréquence comprise entre 0 et 250 Hz. Chaque bras peut être rectiligne et former un angle compris entre 15 1 et 10° par rapport à la direction radiale. L'angle formé par chaque bras par rapport à la direction radiale peut être de l'ordre de 5°. L'extrémité radialement interne de chaque bras peut être tangente à la partie radialement interne. 20 La partie annulaire externe peut comporter des moyens de fixation aptes à coopérer avec des moyens de fixation complémentaires de la machine d'essai. Chaque bras peut avoir une épaisseur comprise entre 3 et 5 mm, la largeur étant la dimension du bras suivant la direction perpendiculaire à la 25 direction d'extension du bras et perpendiculaire à l'axe des parties annulaires interne et externe. Chaque bras peut avoir une largeur comprise entre 10 et 25 mm, l'épaisseur étant la dimension du bras suivant l'axe des parties annulaires interne et externe. 30 Le renfort peut obstruer moins de 4,5% de la section radiale de la veine. 3063146 4 De cette manière, on limite l'impact de la présence du renfort dans la veine d'écoulement d'air sur les essais à réaliser. Le diamètre de la partie annulaire interne peut être compris entre 60 et 75 mm, le diamètre de la partie annulaire externe étant compris entre 5 450 et 550 mm. L'invention concerne également une machine d'essai comportant une veine d'écoulement d'air dans laquelle est située au moins une roue à aubes mobile en rotation selon l'axe de la veine, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de distorsion de flux du type précité, situé en amont 10 de la roue à aubes, dans le sens d'écoulement du flux d'air. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : 15 - la figure 1 est une demi-vue schématique en coupe d'une machine d'essai de l'art antérieur, - la figure 2 est une vue en perspective d'un dispositif de distorsion de flux de l'art antérieur, - la figure 3 est une vue de détail d'une partie de la figure 2, 20 - la figure 4 est une vue de face d'un renfort d'un dispositif de distorsion de flux selon une forme de réalisation de l'invention, - la figure 5 est un diagramme représentant l'évolution de la fréquence de résonance en fonction de l'angle d'inclinaison des bras par rapport à la direction radiale, pour les modes propres d'ordres 1 à 4. 25 La figure 4 illustre une partie d'un dispositif de distorsion de flux 8 selon une forme de réalisation de l'invention, destiné à être placé dans une veine d'écoulement d'air 2 d'une machine d'essai 1 de structure identique à celle décrite en référence à la figure 1. Le dispositif de distorsion de flux 8 comporte une grille 9 30 s'étendant dans un plan radial, et un renfort 10 situé en aval de la grille 9. 3063 146 5 Comme précédemment, la grille 9 est par exemple formée d'un maillage de fils tressés, le diamètre des fils, la forme et les dimensions du maillage étant fonction du phénomène aérodynamique à simuler. Le renfort 10 comporte une partie annulaire radialement interne 5 11 et une partie annulaire radialement externe 12, reliées par des bras rectilignes 13 s'étendant entre les parties annulaires interne et externe 11, 12. La partie annulaire externe 12 comporte des trous 14 servant à la fixation sur le carter externe 3 de la machine d'essai 1. 10 Les bras 13 s'étendent chacun dans une direction oblique par rapport à la direction radiale. Chaque bras 13 est rectiligne et forme un angle a compris entre 1 et 10° par rapport à la direction radiale. L'angle a est par exemple de l'ordre de 5°. L'extrémité radialement interne de chaque bras 13 est tangente à la partie radialement interne 11. 15 Chaque bras 13 a une épaisseur comprise entre 3 et 5 mm, l'épaisseur étant la dimension du bras 13 suivant la direction perpendiculaire à la direction d'extension du bras 13 et perpendiculaire à l'axe X des parties annulaires interne et externe 11, 12. Chaque bras 13 a une largeur comprise entre 10 et 25 mm, la 20 largeur étant la dimension du bras 13 suivant l'axe X des parties annulaires interne et externe 11, 12. Le diamètre de la partie externe 12 est compris entre 450 et 550 mm. Le diamètre de la partie interne 11 est compris entre 60 et 75 mm. Le renfort 10 obstrue ainsi moins de 4,5 % de la section radiale 25 de la veine 2. La présence du renfort 10 dans la veine d'écoulement d'air 2 a donc un faible impact sur les essais à réaliser. En fonctionnement, le renfort 10 vibre selon des modes propres de plusieurs ordres. Le diagramme représente l'évolution de la fréquence de résonance en 30 fonction de l'angle a, pour les modes propres d'ordre 1 (courbe M1), d'ordre 2 (courbe M2), d'ordre 3 (courbe M3) et d'ordre 4 (courbe M4). 3063 146 6 La gamme de fréquence correspondant à un fonctionnement normal de la machine d'essai est comprise entre 0 Hz et 250 Hz. Il convient donc d'éviter que les fréquences de résonance pour chacun des modes soient situées dans cette gamme de fréquence. Par ailleurs, il convient également 5 d'éviter que deux modes propres ne soient pas situés à des fréquences trop proches afin de ne pas entrer en résonance simultanément. On constate sur le diagramme de la figure 5 que la fréquence du mode propre d'ordre 1 (courbe M1) n'est pas influencée par la variation de l'angle a. En effet, cette fréquence reste constante et supérieure à 250 Hz. Elle est 10 donc située hors du la gamme de fréquence correspondant à un fonctionnement normal. Par ailleurs, on constate que la fréquence du mode propre d'ordre 2 (courbe M2) est fortement influencée par la variation de l'angle a. En effet, cette fréquence augmente tout d'abord avec l'angle a avant de diminuer à 15 partir d'un angle supérieur à 4°. On notera que, pour un angle a nul, c'est-à- dire pour des bras orientés strictement suivant la direction radiale comme dans le cas de l'art antérieur présenté aux figures 2 et 3, la fréquence du mode propre d'ordre 2 est inférieure à 250 Hz et est donc située dans la gamme de fréquence correspondant à un fonctionnement normal de la 20 machine d'essai. On constate cependant que, dès lors que l'angle a augmente, la fréquence du mode propre d'ordre 2 est élevée au-delà de ladite gamme de fréquence. On constate enfin que les fréquences des modes propres d'ordre 3 (courbe M3) et d'ordre 4 (courbe 4) sont légèrement influencées par la 25 variation de l'angle a. En effet, ces fréquences diminuent lorsque l'angle a augmente. Ces fréquences restent toutefois hors de la gamme de fréquence correspondant à un fonctionnement normal de la machine d'essai, quel que soit l'angle a. Outre les critères définis précédemment, il est également important 30 de prendre en compte le fait que le renfort 10 est une structure mécanosoudée et que le procédé de fabrication du renfort 10 engendre des 3063146 7 tolérances de fabrication. L'angle a du renfort 10 est ainsi réalisé avec une tolérance géométrique de plus ou moins 1°. Il a été choisi de réaliser un renfort 10 avec un angle a de l'ordre de 5°, un tel angle remplissant notamment les critères précités. 5 En effet, pour un tel angle, toutes les fréquences des modes propres précités sont situées au-delà de 250 Hz, c'est-à-dire au-delà de la gamme de fréquence correspondant à un fonctionnement normal de la machine d'essai 1. Ce critère est respecté même si l'angle réel du renfort 10 varie entre 4° et 6° du fait des tolérances géométriques liées au procédé de 10 fabrication. Par ailleurs, les fréquences des différents modes propres restent suffisamment éloignées les unes des autres pour éviter que les modes propres n'entrent pas simultanément en résonance. Ceci est vrai même si l'angle réel du renfort 10 varie entre 4 et 6° du fait des tolérances 15 géométriques liées au procédé de fabrication. L'invention propose ainsi un dispositif de distorsion de flux 8 répondant de façon simple et peu onéreuse aux contraintes précitées. REVENDICATIONS1. Dispositif de distorsion de flux (8) destiné à être placé dans une veine d'écoulement d'air (2) d'une machine d'essai (1), le dispositif (8) comportant une grille (9) et un renfort (10) comportant une partie annulaire radialement interne (11) et une partie annulaire radialement externe (12) reliées par des bras (13) s'étendant entre les parties annulaires interne et externe (11, 12), caractérisé en ce que chaque bras (13) s'étend de façon oblique par rapport à la direction radiale. 2. Dispositif (8) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque bras (13) est rectiligne et forme un angle (a) compris entre 1 et 10° par rapport à la direction radiale. 3. Dispositif (8) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'angle (a) formé par chaque bras (13) par rapport à la direction radiale est de l'ordre de 5°. 4. Dispositif (8) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'extrémité radialement interne de chaque bras (13) est tangente à la partie radialement interne (11). 5. Dispositif (8) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la partie annulaire externe (12) comporte des moyens de fixation (14) aptes à coopérer avec des moyens de fixation complémentaires de la machine d'essai (1). 6. Dispositif (8) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque bras (13) a une épaisseur comprise entre 3 et 5 mm, l'épaisseur étant la dimension du bras (13) suivant la direction perpendiculaire à la direction d'extension du bras (13) et perpendiculaire à l'axe (X) des parties annulaires interne et externe (11, 12). 7. Dispositif (8) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé 30 en ce que chaque bras (13) a une largeur comprise entre 10 et 25 mm, la 3063 146 9 largeur étant la dimension du bras (13) suivant l'axe (X) des parties annulaires interne et externe (11, 12). 8. Dispositif (8) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le renfort (10) obstrue moins de 4,5 % de la section radiale de la 5 veine (2). 9. Dispositif (8) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le diamètre de la partie annulaire interne (11) est compris entre 60 et 75 mm, le diamètre de la partie annulaire externe (12) étant compris entre 450 et 550 mm. 10 10. Machine d'essai (1) comportant une veine d'écoulement d'air (2) dans laquelle est située au moins une roue à aubes (6, 7) mobile en rotation selon l'axe (X) de la veine (2), caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de distorsion de flux (8) selon l'une des revendications 1 à 9, situé en amont de la roue à aubes (6, 7), dans le sens d'écoulement du flux 15 d'air.