Brevet FR3073018A1 — publié le 20190503

Capot rapporté en profil de serration pour aube DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne le domaine de la gestion aéro-acoustique d'aube fixe dans une turbomachine pour aéronef ou dans un banc d'essai de turbomachine pour aéronef. Ce type d'aube fixe se retrouve par exemple sur des OGV (out/et guide vane), ou redresseurs, disposés en aval d'un corps tournant pour redresser le flux d'air. On parlera d'aube de stator pour désigner une aube fixe, à l'inverse des aubes en rotation. Un exemple sera donné pour une turbomachine double flux avec une soufflante et un redresseur disposé en veine secondaire. L'interaction entre l'écoulement mis en rotation par la soufflante et le redresseur dans la veine secondaire est à l'origine d'une source de bruit prédominante sur le bruit total généré par le moteur, voire par l'avion selon les régimes de fonctionnements. ETAT DE L'ART Plusieurs approches sont envisagées pour maitriser et/ou réduire le bruit 25 d'origine aérodynamique, soit par modification du champ aérodynamique incident (l'excitation aérodynamique), soit par modification de la géométrie des stators (la réponse aéro-acoustique). Dans le deuxième cas, il a été proposé une modification de la géométrie 30 du bord d'attaque des aubes du stator sous forme de bord d'attaques ondulés communément appelés « wavy leading edge », « serrated leading edge » ou « leading edge serrations ». 2 Le principe de réduction des émissions de bruit générées par la grille OGV réside sur le fait de déphaser spatialement les sources de bruit distribuées le long du bord d'attaque par le biais d'ondulation, identiques ou non. Pour que le principe s'applique, la taille (profondeur, largeur, épaisseur) des 5 ondulations doit être adaptée au contenu du champ aérodynamique incident (épaisseur et déficit des sillages moyens, taille des tourbillons pour la turbulence) qui varie en fonction du régime moteur. Comme présenté dans les références listées ci-dessous, la fonction des 10 variations géométriques selon la corde est donnée par l'équation suivante : c(r) = co + h. sin(2n-r/À) Où co est la corde de référence, h l'amplitude et À la longueur d'onde des ondulations et r le rayon. 15 L'angle 0 exprimé ci-dessous est un paramètre clé dans la réduction du bruit. Sa valeur est déterminée par la formule suivante, illustrée en figure 1: 0 = atan(4h/ À) 20 La valeur de À est choisie à partir de la longueur d'onde de la turbulence du fluide arrivant au bord d'attaque de l'aube. La figure 2 illustre le résultat de l'application de ces formules sur des aubes 100, où l'on observe les dents 112 et les creux 114 du bord d'attaque 108 et les ondulations périodiques. Toutefois, la présence des dents 112 au bord d'attaque 108 réduit fortement le bilan mécanique des OGV, avec de fortes concentrations de contraintes dans les creux de dent. En effet sous effort aérodynamique la pale fléchit tangentiellement, ce qui induit un effet de cisaillement transverse d'une dent à l'autre. Ainsi plus les dents sont longues, plus le rayon des creux de dent est faible, et plus la contrainte dans les creux de dents sera élevée. 3 Or, ce constat est inverse au gain acoustique escompté puisque ce dernier est maximisé pour des dents fines et longues. Il existe donc un besoin de solutions permettant de maximiser les 5 avantages de cette solution tout en minimisant les inconvénients. PRESENTATION DE L'INVENTION Pour cela, l'invention propose un capot aérodynamique pour aube de 10 stator, comprenant un bord d'attaque présentant un profil en serration, le capot étant configuré pour être rapporté sur une aube de stator de sorte que le bord d'attaque du capot soit le bord d'attaque de l'aube. L'invention peut comprendre les caractéristiques suivantes prises seules 15 ou en combinaison : - le capot comprend une portion creuse pour recevoir une portion amont de l'aube, la portion creuse comprenant deux flancs de part et d'autre du bord d'attaque du capot, les deux flancs étant configurés pour être attachés respectivement à l'intrados et l'extrados de l'aube, 20 - le profil en serration du bord d'attaque obéit à une loi périodique, par exemple de type sinusoïdale. L'invention concerne aussi un ensemble pour redresseur, comprenant : - une aube, 25 - un capot aérodynamique, tel que décrit précédemment, rapporté sur l'aube, - le capot est attaché à l'aube avec de la colle, préférablement sous forme d'une couche de colle, - l'aube est en matériau composite, 30 - lequel le capot et l'aube sont de matériaux différents, - il existe un volume (Vol) entre le capot (300) et l'aube (100), de sorte que le capot (300) puisse absorber un choc en se déformant sans abîmer l'aube (100). 4 L'invention concerne aussi une couronne de redresseur comprenant une pluralité d'ensembles tels que décrits précédemment, les aubes étant réparties circonférentiellement autour d'un moyeu. 5 L'invention concerne aussi une turbomachine ou banc d'essai comprenant un ensemble ou une couronne tel que décrit précédemment. Il s'agit d'une turbomachine ou un banc d'essai par exemple de type 10 turbomachine partielle, cet ensemble étant par exemple un redresseur monoflux de la turbomachine partielle en constituant une veine qui correspondrait à une veine secondaire en considérant le cas d'une turbomachine complète. 15 PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels : 20 - La figure 1 représente un schéma illustrant les grandeurs définissant un profil en serration, - La figure 2 illustre une aube de stator avec un profil en serration, - La figure 3 illustre le contexte de montage d'une aube de stator avec un profil droit, 25 - La figure 4 illustre un mode de réalisation de l'invention, - La figure 5 illustre un autre mode de réalisation de l'invention, DESCRIPTION DETAILLEE 30 On se place dans le cadre d'une portion de turbomachine, typiquement une veine qui pourrait être équivalente à une veine secondaire d'une turbomachine double flux avec redresseur (OGV) disposé en sortie de soufflante. Il peut donc s'agir d'un cadre de banc d'essai, par exemple 5 pour des redresseurs monoflux ou tout type de banc d'essai dans lequel une aube fixe est utilisée. Un tel banc d'essai est par exemple un moteur partiel permettant par exemple de valider des données sur des phénomènes représentatifs de ceux intervenant habituellement dans la 5 veine secondaire d'un moteur complet. La figure 3 illustre une aube 100 comprenant un pied d'aube 110 à une extrémité, qui est typiquement une extrémité radialement interne de l'aube 100. Le pied d'aube 110 s'attache à un moyeu 200, de révolution 10 autour d'un axe longitudinal X, qui correspond à un axe de rotation principale de la portion de turbomachine. Le moyeu 200 fait généralement partie du corps primaire d'une turbomachine double flux. L'aube 100 s'étend dans une direction radiale Y par rapport au moyeu 200 (chaque aube possède donc sa direction radiale Y propre). 15 A une autre extrémité, radialement externe, l'aube 100 est attachée à un carter 250 par une tête d'aube 115. L'aube 100 a une forme profilée pour redresser le flux, avec notamment un intrados 102 et un extrados 104. Le pied 110 d'aube 100 peut avoir 20 une forme dans le prolongement de l'intrados et de l'extrados. L'aube 100 comprend un bord d'attaque propre 120, qui est généralement droit ou sensiblement droit. 25 On définit ainsi une portion amont 130 de l'aube 100, qui comprend notamment le bord d'attaque, et une portion aval 140, qui comprend notamment le bord de fuite 145 d'aube. L'aube 100 peut être en métal ou en matériau composite (matrice de 30 résine avec renforts, typiquement en carbone). Afin de pouvoir implémenter un profil en serration en s'affranchissant des contraintes stucturelles, un capot aérodynamique 300 est disposé sur 6 l'aube 100, plus précisément sur la portion amont (figure 4). Ce capot aérodynamique 300 comprend un bord d'attaque 310 présentant un profil en serration, avec une succession de dents 312 et de creux 314. Ainsi, le profil est dentelé en étant ondulé. Le capot 300 est rapporté sur l'aube 5 100, de sorte que le bord d'attaque 310 du capot 300 devienne le nouveau bord d'attaque de l'aube. Préférablement, le capot 300 s'étend sur toute la longueur de l'aube 100, c'est-à-dire depuis le pied 110 jusqu'à la tête 115. 10 Avec un tel ensemble, les efforts sont transmis uniquement par l'aube 100 et ne transitent pas par le capot 300 et le profil en serration dont on connait les faiblesses. Le capot 300 a ainsi un rôle uniquement aérodynamique et ne reprend pas d'efforts. A noter que des aubes de redresseur type OGV peuvent être structurales ou non structurales et 15 peuvent faire alors reprendre plus ou moins d'effort selon leur contexte de montage. Cela permet en outre d'éviter une nouvelle conception structurale des aubes et de modifier facilement les aubes déjà existantes. En effet, il est connu que les efforts sont nettement mieux repartis dans 20 les aubes 100 à bord d'attaque droit, comme illustrées en figure 3, qui permettent notamment de concevoir des aubes structurales. En utilisant une aube 100 à bord d'attaque droit et un capot 300, les problèmes de sur-contrainte entre les creux 314 n'existent donc plus. 25 Pour sa mise en place sur l'aube 100, le capot 300 comprend deux flancs 332, 334, s'étendant de part et d'autre du bord d'attaque 310. Chaque flanc 332, 334 vient se fixer respectivement sur l'intrados 102 et l'extrados 104 de l'aube 100. L'assemblage se fait de la façon la plus continue possible, notamment par égalisation des tangentes, pour limiter 30 les effets aérodynamiques non désirés. Dans un mode de réalisation préféré illustré en figure 5, un certain volume Vol est prévu entre le capot 300 et l'aube 100. Cela permet au 7 capot 300 d'absorber un choc, par exemple un débris, et de se déformer sans abîmer l'aube 100. Ce volume Vol peut être empli d'air, ou bien de mousse (matériau léger qui absorbe l'énergie). Le capot 300, étant facilement remplaçable et peu coûteux, remplit ainsi 5 une fonction de pare-chocs qui protège les aubes 100. Le bord d'attaque 310 du capot 300 comprend un profil en serration. En d'autres termes, le profil du capot 300 présente des ondulations, sous la forme d'une succession de dents et de creux. Par exemple, des profils en 10 sinusoïde comme décrit en introduction sont possibles. Dans un mode de réalisation, le capot 300 est attaché à l'aube 100 avec de la colle 400. Cette colle, sous forme de couche, outre qu'elle permette une fixation relativement simple, permet de fonctionner comme un 15 amortisseur en absorbant les vibrations. Dans un mode de réalisation, le capot 300 est réalisé dans un matériau différent de l'aube 100. Par exemple, le capot 300 est une tôle métallique et l'aube 100 est en composite. On s'affranchit ainsi des contraintes de 20 fabrication d'aube intégrant un profil en serration (par exemple en fabrication additive, etc.). Enfin, dans le cadre d'un banc d'essai ou d'une turbomachine de test, il est possible de montrer différentes coques 300 sur différentes aubes 100. 25 Il est ainsi possible d'effectuer REVENDICATIONS1. Capot aérodynamique (300) pour aube (100) de stator, comprenant un bord d'attaque (310) présentant un profil en serration, le capot (300) étant configuré pour être rapporté sur une aube (100) de stator de sorte que le bord d'attaque (310) du capot (300) soit le bord d'attaque de l'aube (100). 2. Capot aérodynamique selon la revendication 1, présentant une portion creuse pour recevoir une portion amont de l'aube (100), la portion creuse comprenant deux flancs (332, 334) de part et d'autre du bord d'attaque (310) du capot (300), les deux flancs (332, 334) étant configurés pour être attachés respectivement à l'intrados (102) et l'extrados (104) de l'aube. 3. Capot aérodynamique (300) selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel le profil en serration du bord d'attaque (310) obéit à une loi périodique, par exemple de type sinusoïdale. 4. Ensemble pour redresseur, comprenant : - une aube (100), - un capot aérodynamique (300) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, rapporté sur l'aube (100). 5. Ensemble selon la revendication 4, dans lequel le capot (300) est attaché à l'aube (100) avec de la colle (400), préférablement sous forme d'une couche de colle (400). 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 4 à 5, dans lequel l'aube (100) est en matériau composite. 7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel le capot (300) et l'aube (100) sont de matériaux différents. 9 8. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel il existe un volume (Vol) entre le capot (300) et l'aube (100), de sorte que le capot (300) puisse absorber un choc en se déformant sans abîmer 5 l'aube (100). 9. Couronne de redresseur comprenant une pluralité d'ensembles selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, les aubes (100) étant réparties circonférentiellement autour d'un moyeu (200). 10. Turbomachine ou banc d'essai comprenant un ensemble selon l'une quelconque des revendications 4 à 8 ou une couronne selon la revendication 9. 10