Brevet FR3073017A1 — publié le 20190503

Membrane avec actionneurs pour bord d'attaque d'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, 5 épaisseur) des 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. 10 Comme présenté dans les références listées ci-dessous, la fonction des 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 15 des ondulations et r le rayon. 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 : 20 0 = atan(4h/ À) 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 25 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. 30 En effet sous effort aérodynamique la pale fléchit tangentiellement, ce qui induit un effet de cisaillement transverse d'une dent à l'autre. Ainsi 3 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. 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 avantages de cette solution tout en minimisant les inconvénients. En outre il existe donc un besoin de solutions permettant d'optimiser les avantages issus des différents profils en serration. PRESENTATION DE L'INVENTION Pour cela, l'invention propose un Ensemble pour redresseur, comprenant : 15 - une aube de stator, - une membrane définissant un bord d'attaque de l'aube, - une pluralité d'actionneurs disposés entre l'aube et la membrane pour modifier la forme du bord d'attaque. 20 L'invention peut comprendre les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : - la membrane fait le tour de l'aube, - les actionneurs comportent des aiguilles, disposées alignées sur une longueur d'une portion amont de l'aube, - les actionneurs comportent des buses d'air, disposées alignées sur une longueur d'une portion amont de l'aube, - les actionneurs sont de type piézoélectriques, disposés alignés sur une longueur d'une portion amont de l'aube, - l'ensemble comprend en outre une unité de commande, ladite unité de 30 commande étant configurée pour que les actionneurs créent un profil en serration, de préférence obéissant à une loi périodique, par exemple de type sinusoïdale. 5 10 4 - l'aube comprend un pied configuré pour être attaché à un moyeu interne et une tête configurée pour être attachée à un carter externe, dans lequel du câblage transite du côté de la tête de l'aube, à destination des actionneurs, 5 - l'aube est en matériau composite. L'invention concerne aussi une couronne de redresseur comprenant une pluralité d'ensemble tels que décrits précédemment, les aubes étant réparties circonférentiellement autour d'un moyeu. 10 L'invention concerne aussi une turbomachine ou banc d'essai comprenant un ensemble ou un couronne telle que décrit précédemment. 15 Il s'agit d'une turbomachine ou un banc d'essai par exemple de type 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. 20 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, 25 et qui doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels : - 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 représentée ici avec un profil droit, - Les figures 4 et 5 illustrent un mode de réalisation de l'invention, - La figures 6 et 7 illustrent deux modes de réalisation de l'invention. 5 DESCRIPTION DETAILLEE On se place dans le cadre d'une portion de turbomachine, typiquement 5 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 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 10 partiel permettant par exemple de valider des données sur des phénomènes représentatifs de ceux intervenant habituellement dans la veine secondaire d'un moteur complet. La figure 3 illustre le contexte de montage d'une aube 100 comprenant 15 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 autour d'un axe longitudinal, 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 20 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). A une autre extrémité, radialement externe, l'aube 100 est attachée à un carter 250 par une tête d'aube 125. 25 L'aube 100 a une forme profilée pour redresser le flux, avec notamment un intrados et un extrados. Le pied 110 d'aube 100 peut avoir une forme dans le prolongement de l'intrados et de l'extrados. 30 L'aube 100 comprend un bord d'attaque propre 120, qui est généralement droit ou sensiblement droit. 6 On définit ainsi une portion amont 130 de l'aube 100, qui comprend notamment le bord d'attaque 120, et une portion aval 140, qui comprend notamment le bord de fuite 145 d'aube. 5 L'aube 100 peut être en métal ou en matériau composite (matrice de résine avec renforts, typiquement en carbone). Afin de pouvoir implémenter un profil en serration en s'affranchissant des contraintes structurelles, une membrane souple 300 est disposé sur 10 l'aube 100, plus précisément sur la portion amont 130 (figure 4), de façon à recouvrir le bord d'attaque propre 120 de l'aube 100. Cette membrane souple 300 comprend un bord d'attaque 310 présentant un profil variable grâce à des actionneurs 400 positionnés entre l'aube 100 et la membrane 300, sur la portion amont 130. Préférablement, les 15 actionneurs 400 sont positionnés sur le bord d'attaque propre 120 de l'aube 100. La membrane 300 est rapportée sur l'aube 100, de sorte que le bord d'attaque 310 de la membrane 300 devienne le nouveau bord d'attaque 20 de l'aube 100. Avec un tel ensemble, les efforts sont transmis uniquement par l'aube 100 et ne transitent pas par la membrane 300 et le profil en serration avec dent 302 et creux 304 dont on connait les faiblesses. La membrane 25 300 a ainsi un rôle uniquement aérodynamique et ne reprend pas d'efforts. 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 30 les aubes 100 à bord d'attaque droit, comme illustrée en figure 3, qui permettent notamment de concevoir des aubes structurales. En utilisant une aube 100 à bord d'attaque droit, une membrane 300 et des 7 actionneurs 400, les problèmes de sur-contrainte entre les creux 304 n'existent donc plus. Il est en outre possible de modifier le bord d'attaque 310 en fonction des conditions de vol. Il est aussi possible, en phase de test ou sur banc 5 d'essai, de tester différentes solutions. Dans un mode de réalisation, la membrane 300 fait le tour de l'aube 100, c'est-à-dire qu'elle recouvre l'intrados 101, le bord d'attaque propre 120, l'extrados 103 et le bord de fuite 145. 10 Les actionneurs 400 peuvent être de différents types. Dans un mode de réalisation, une pluralité d'actionneurs 400 à aiguille est positionnée sur une portion amont de l'aube 100. Chaque aiguille, 15 dont l'extrémité est en contact avec la membrane 300, peut se déplacer en translation en s'éloignant ou en se rapprochant de l'aube 100, de façon à écarter ou rapprocher la membrane 300 de l'aube 100. Sur les figures 4 et 5, les actionneurs 400 génèrent un profil en serration, sinusoïdal, pour lequel un actionneur 400 sur deux génère le creux 304 20 et l'autre actionneur sur deux génère la dent 302. Ces actionneurs 400 peuvent être hydrauliques, pneumatiques ou électriques. Dans un autre mode de réalisation, une pluralité d'actionneurs 400 25 piézoélectriques est positionnée sur une longueur de la portion amont 130 de l'aube 100. Il est prévu au moins deux actionneurs par dents. Suivant la raideur du matériau souple utilisé, plus ou moins d'actionneurs seront nécessaires pour décrire une sinusoïde. 30 Dans un autre mode de réalisation, une pluralité d'actionneurs 400 à air pulsé est positionnée sur une portion amont de l'aube 100. Des petites buses soufflent plus ou moins fort un jet d'air en saillie du bord d'attaque 120 de l'aube pour créer les dents 302 et des retours d'air 8 débouchant audit bord d'attaque sont présents au niveau des creux 304 souhaités. Les technologies de fabrication des aubes à buses peuvent s'apparenter à celles connues pour la réalisation de peignes de mesure. Ces derniers comportent des canalisations internes aménageant des 5 buses de passage d'instrumentation de type à câble et capteur. Les figures 6 et 7 illustrent des voies de pilotage. On préfère des voies de pilotage qui passent par la tête d'aube 125 et le carter 250, notamment dans le cas d'aube fixée par attache poignard, c'est-à-dire 10 que l'aube 100 est attachée seulement au carter 250 et le pied d'aube 100 vient s'enficher radialement dans une empreinte complémentaire sur le moyeu 200 (comme illustré en figure 3). Cela signifie que des câblages (électrique, hydraulique, pneumatique, etc.) transitent par la tête d'aube 125 puis le carter 250 pour desservir les actionneurs. 15 Sur la figure 6, chaque actionneur 400 est piloté indépendamment et on dénombre autant de voies de pilotage 410 qu'il y a d'actionneurs 400. Cette configuration permet d'obtenir tous les profils de bord d'attaque 310 possible. En revanche, elle est plus encombrante et coûteuse. 20 Sur la figure 7, un actionneur 400 sur deux est relié à une voie de pilotage 412 et l'autre actionneur sur deux est relié à une autre voie de pilotage 414. Cette configuration permet d'obtenir des profils en forme de sinusoïde (en définissant les dents 302 et les creux 304) en limitant le nombre de voies de pilotage indépendante. 25 D'autres configurations sont possibles (un sur trois, un sur quatre, etc.). Pour piloter les actionneurs 400, une unité de commande 500 est prévue. Celle-ci peut correspondre au FADEC associé à l'aéronef par exemple, ou bien à un ordinateur qui contrôle le banc d'essai. Cette 30 unité de commande 500 peut être configurée, par exemple à l'aide de lignes de code, pour générer différents types de profil en serration, en faisant varier la position de la membrane 300. 9 Dans un mode de réalisation, la membrane 300 est réalisé dans un matériau souple, donc différent de l'aube 100. Par exemple, la membrane 300 est en silicone, plastique, caoutchouc et/ou élastomère et l'aube 100 est en composite. On s'affranchit ainsi des contraintes de 5 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 tester différents profils à l'aide de membranes 300 10 montées sur différentes aubes 100. Il est ainsi possible d'effectuer REVENDICATIONS1. Ensemble pour redresseur, comprenant : - une aube de stator (100), - une membrane (300) définissant un bord d'attaque (310) de l'aube (100), - une pluralité d'actionneurs (400) disposés entre l'aube (100) et la membrane (300) pour modifier la forme du bord d'attaque (310). 2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel la membrane (300) fait le tour de l'aube (100). 3. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel les actionneurs (400) comportent des aiguilles, disposées alignées sur une longueur d'une portion amont (130) de l'aube (100). 4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel les actionneurs (400) comportent des buses d'air, disposées alignées sur une longueur d'une portion amont (130) de l'aube (100). 5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel les actionneurs (400) sont de type piézoélectriques, disposés alignés sur une longueur d'une portion amont (130) de l'aube (100). 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant en outre une unité de commande (500), ladite unité de commande (500) étant configurée pour que les actionneurs (400) créent un profil en serration, de préférence obéissant à une loi périodique, par exemple de type sinusoïdale. 7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'aube comprend un pied (110) configuré pour être attaché à un moyeu interne (200) et une tête (125) configurée pour être attachée à 11 un carter externe (250), dans lequel du câblage transite du côté de la tête de l'aube (125), à destination des actionneurs. 8. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans 5 lequel l'aube (100) est en matériau composite. 9. Couronne de redresseur comprenant une pluralité d'ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 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 1 à 8 ou une couronne selon la revendication 9. 10 15