Brevet FR3064298A1 — publié le 20180928

L'invention concerne une turbomachine comprenant un carter intérieur, un carter extérieur, un redresseur disposé entre lesdits carters pour redresser un flux de fluide circulant entre les carters, les carters étant reliés par au moins un bras principal de liaison. Le terme redresseur désigne une roue à aubes fixe (non-rotative). Les pales des aubes d'un redresseur peuvent éventuellement être orientables. Un bras de liaison ou bras principal de liaison désigne ici un bras (structure allongée) reliant mécaniquement deux éléments l'un à l'autre, en l'occurrence les deux carters. L'efficacité aérodynamique d'un redresseur de turbomachine dépend non 10 seulement de la forme des pales, mais également de la forme des carters délimitant la veine de fluide. Pour améliorer cette efficacité, il est connu de modifier la forme de la surface de ces carters. Il est connu par exemple de modifier la surface du carter interne et/ou du 15 carter externe en aménageant dans celle(s)-ci au niveau des pales, une dépression circonférentielle, et/ou une plage bombée circonférentielle. (Le terme dépression ou plage bombée 'circonférentielle' désigne ici une dépression ou plage bombée ayant sensiblement une forme de révolution, hormis naturellement au voisinage immédiat des pales). Une telle modification, appelée Icontouring', permet d'améliorer le 20 rendement aérodynamique du redresseur. Les termes `dépression' et `plage bombée' doivent se comprendre en référence à une surface théorique délimitant radialement intérieurement la veine et évoluant régulièrement de l'amont à l'aval de la roue à aubes. Il est également connu de modifier la surface du carter interne et/ou externe 25 en introduisant une modification dont le motif est défini entre deux aubes adjacentes et est répété de manière axisymétrique entre toutes les paires d'aubes adjacentes. On dit alors que les aubes du redresseur présentent une 'plateforme 3D'. Malgré l'efficacité de ces modifications, il reste toujours souhaitable d'améliorer encore davantage l'efficacité aérodynamique des redresseurs de 30 turbomachines. Aussi, l'objectif de l'invention est de proposer une amélioration d'une turbomachine du type présenté en introduction, permettant d'améliorer l'efficacité aérodynamique de son redresseur. Cet objectif est atteint selon l'invention grâce à une turbomachine telle que 35 définie ci-dessus, dans laquelle, un premier des carters définissant une surface de 30642 9 8 2 référence qui est une surface de révolution constituant un modèle approché d'une surface (une surface réelle) du premier carter en contact avec le fluide, la surface du premier carter présente, par rapport à la surface de référence, au moins pour un premier bras principal de liaison, une dépression principale s'étendant radialement du 5 côté du premier carter par rapport à la surface de référence au moins jusqu'à 5% de l'étendue radiale des aubes, et s'étendant circonférentiellement sur une plage d'au minimum 20° et d'au maximum 120° incluant une position circonférentielle dudit premier bras principal de liaison. Les aubes mentionnées ci-dessus sont naturellement les aubes du redresseur. 10 Chacune de ces aubes comporte au moins une pale. Le fait que la dépression principale s'étend radialement du côté du premier carter par rapport à la surface de référence au moins jusqu'à 5% de l'étendue radiale des aubes signifie que la profondeur de la dépression principale du côté du premier carter par rapport à la surface de référence est supérieure ou égale à 5% de 15 l'étendue radiale des aubes (L'étendue radiale des aubes étant la hauteur des pales des aubes). De préférence, la surface du premier carter présente par rapport à la surface de référence, pour chaque bras principal de liaison, une dépression principale du type présenté précédemment, c'est-à-dire s'étendant radialement du côté du premier 20 carter par rapport à la surface de référence au moins jusqu'à 5% de l'étendue radiale des aubes, et s'étendant circonférentiellement sur une plage d'au minimum 20° et d'au maximum 120° incluant une position circonférentielle du bras principal de liaison considéré. Par `dépression [...] s'étendant radialement du côté du premier carter par 25 rapport à la surface de référence', on désigne ici une partie de la surface du premier carter située en dessous de la surface de référence du côté du premier carter, c'est-à-dire située du côté opposé à la normale sortante de cette surface. Le terme `radial' doit être compris par rapport à l'axe du premier carter. L'invention consiste donc à modifier localement la surface au moins du 30 premier carter- pour y aménager une ou plusieurs dépressions radiales. Chacune de ces dépressions est situées angulairement (c'est-à-dire suivant la direction circonférentielle) sensiblement en regard d'un bras de liaison. Bien que le terme 'bras principal' suggère l'existence d'au moins un bras principal et d'au moins un bras secondaire, l'invention peut naturellement être mise 35 en oeuvre dans une turbomachine dans laquelle les deux carters sont reliés soit par 30642 9 8 3 des bras de même importance, soit par un bras unique. Ce ou ces bras sont alors considéré alors comme un ou des bras principaux au sens de l'invention. Par ailleurs, s'il y a plus d'un bras principal de liaison reliant le carter interne et le carter externe, de préférence une dépression est prévue sur la surface du premier 5 carter pour chacun des bras principaux. Avantageusement, l'aménagement de la dépression principale, par comparaison avec le cas où le premier carter ne présenterait pas cette dépression, permet d'augmenter localement la section de passage de fluide au voisinage du bras principal et d'améliorer l'efficacité aérodynamique du redresseur. Cette augmentation en effet facilite le passage du fluide de part et d'autre du premier bras principal de liaison et évite ainsi une augmentation de pression par rapport aux portions de la circonférence du redresseur qui ne sont pas au voisinage du bras principal. Par conséquent, cet aménagement permet de réduire la distorsion du champ de pression induite par le premier bras principal. Pour être efficace, la dépression principale prévue selon l'invention s'étend circonférentiellement sur une plage d'au minimum 20° et d'au maximum 120°, incluant la position circonférentielle du premier bras principal de liaison. La dépression principale s'étend donc circonférentiellement sur une plage angulaire supérieure, - et normalement largement supérieure, - à la plage angulaire située entre deux pales adjacentes du redresseur. Les dépressions prévues conformément à l'invention peuvent se combiner avec d'autres modifications de la surface du carter. Ainsi, lorsqu'il est prévu des aménagements de forme axisymétriques entre les pales du redresseur, ces aménagements peuvent se superposer avec les dépressions 25 aménagées conformément à l'invention pour réduire les fluctuations du champ de pression causées par les bras de liaison. L'invention peut être mise en oeuvre sur l'un des carters du redresseur ou sur les deux, et donc à l'intérieur et/ou à l'extérieur du redresseur : le premier carter peut donc être le carter intérieur ou le carter extérieur. 30 L'invention peut être mise en oeuvre dans le cas où les carters sont maintenus en position coaxiale également par au moins un bras secondaire de liaison, en plus du ou des bras principaux. Un bras secondaire de liaison est un bras de moins grande résistance mécanique qu'un bras principal. Dans un premier mode de réalisation, l'invention peut n'être mise en oeuvre 35 que pour le ou les bras principaux, et aucune dépression s'étendant 3064298 4 circonférentiellement sur plus de deux pales adjacentes n'est prévue au droit du ou des bras secondaires. Cependant, dans un deuxième mode de réalisation l'invention est également mise en oeuvre pour le ou les bras secondaires : la surface du premier carter 5 présente, par rapport à la surface de référence, au moins une dépression secondaire : - s'étendant radialement du côté du premier carter (c'est-à-dire en dessous de la surface de référence) au moins jusqu'à 5% de l'étendue radiale des aubes, et - s'étendant circonférentiellement sur une plage d'au minimum 10° et d'au maximum 10 45°, incluant une position circonférentielle d'un premier bras secondaire de liaison. Cet aménagement permet de réduire aussi la distorsion du champ de pression induite par le premier bras secondaires de liaison. Naturellement, on prévoit généralement une dépression secondaire telle que définie précédemment pour chacun des bras secondaires. 15 Par ailleurs, comme cela a été précisé précédemment, dans une turbomachine selon l'invention, la dépression principale s'étend sur une plage angulaire, suivant la direction circonférentielle, qui inclut la position du premier bras principal de liaison. Cependant, cette dépression principale n'est pas nécessairement centrée sur 20 cette position. Dans un mode de réalisation, la dépression principale présente un maximum suivant la direction radiale disposé de manière décalée suivant la direction circonférentielle par rapport à la position circonférentielle du premier bras principal de liaison. En effet, la position de la dépression qui permet de réduire au maximum la distorsion du champ de pression induite par le premier bras principal de liaison n'est pas nécessairement celle dont le maximum est situé au droit du premier bras principal de liaison. Dans certains cas, il peut s'avérer que la distorsion du champ de pression est minimale pour une position de la dépression (et notamment de son maximum) décalée suivant la direction circonférentielle par rapport à la position circonférentielle du premier bras principal de liaison. De préférence, une dépression principale est prévue pour chacun des bras principaux de liaison, et chaque dépression principale présente un maximum suivant la direction radiale disposé de manière décalée suivant la direction circonférentielle 3064298 5 par rapport à la position circonférentielle du bras principal de liaison auquel elle est associée. Le plus souvent, une dépression principale s'étend axialement au moins sur toute l'étendue axiale des pales des aubes. L'étendue axiale des aubes désigne ici la 5 distance, en projection sur l'axe de la turbomachine, entre le bord d'attaque et le bord de fuite des pales des aubes, au voisinage du premier carter, c'est-à-dire selon le cas au voisinage du pied ou de la tête des aubes. Une dépression principale peut s'étendre notamment également en amont et/ou en aval des pales du redresseur. Ainsi dans un mode de réalisation, la 10 dépression principale s'étend axialement en amont des pales des aubes au moins d'une distance égale à une étendue axiale des pales des aubes, et/ou s'étend axialement en aval des pales des aubes au moins sur une distance égale à deux étendues axiales des pales des aubes. En outre, dans un mode de réalisation dans lequel le redresseur comporte des 15 bras de liaison secondaires, au moins une dépression principale - et de préférence toutes les dépressions principales, s'étend(ent) vers l'aval au moins jusqu'au bord de fuite des bras secondaires. L'invention peut être mise en oeuvre de différentes manières dans une turbomachine. Elle peut notamment être mise en oeuvre dans une turbomachine 20 double-flux présentant une soufflante, le redresseur étant disposé en aval de la soufflante. Elle peut également être mise en oeuvre dans une turbomachine double-flux comportant un compresseur disposé sur un flux primaire de la turbomachine, et la roue à aubes étant un redresseur faisant partie du compresseur. 25 L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue latérale schématique d'un turboréacteur, dans un mode de réalisation de l'invention ; 30 - la figure 2A est une vue axiale partielle depuis le côté aval du turboréacteur représenté sur la figure 1 ; - la figure 2B est une vue de détail partielle depuis le côté amont du turboréacteur représenté sur la figure 1 ; et - la figure 3 est une vue schématique dépliée en coupe du carter intérieur du 35 turboréacteur représenté sur la figure 1. 3064298 6 Dans les différentes figures, les éléments identiques ou similaires comportent la même référence. En faisant référence à la figure 1, un turboréacteur 100 à double flux à titre d'exemple de turbomachine selon l'invention va maintenant être décrit. 5 Le turboréacteur 100 définit un axe A et des directions avant et arrière qui correspondent respectivement à l'amont et à l'aval par rapport au sens de circulation normal du fluide par rapport au turboréacteur. Le turboréacteur 100 comprend une nacelle 10, un compresseur 20, une chambre de combustion 30, une turbine 40. De manière connue en soi, dans le turboréacteur 100, le flux entrant dans la 10 nacelle 10 se divise entre un flux primaire 12 et un flux secondaire 14. Le flux primaire est aspiré par le compresseur 20, comprimé et refoulé dans la chambre de combustion 30 ; il fournit ainsi le comburant permettant la combustion du carburant injecté dans la chambre de combustion 30. Une partie de l'énergie libérée par la combustion est utilisée pour comprimer 15 les gaz de flux primaire au moyen du compresseur 20, ou pour fournir une poussée lorsque les gaz de combustion sont éjectés à l'arrière du turboréacteur 100. Le reste de cette énergie sert à entraîner une roue à aubes 50, dite soufflante, qui fournit une grande partie de la poussée délivrée par le turboréacteur 100. Avant d'être éjectés, les gaz du flux secondaire 14 sont canalisés en aval de la 20 soufflante 50 par un redresseur 60. Le turboréacteur 100 comporte un corps central 56 dans lequel sont disposés le compresseur 20, la chambre de combustion 30 et la turbine 40. Ce corps central 56 présente un carénage extérieur constitué par un carter 52. Par ailleurs, la nacelle 10 présente un carénage intérieur constitué par un 25 carter 54. Le flux secondaire 14 s'écoule donc entre le carter 52 dit carter interne, et le carter 54 dit carter externe. Pour canaliser ce flux, le redresseur 60 comprend des aubes 62. Ces aubes sont placées radialement entre les deux carters 52,54, et redressent et canalisent le 30 flux secondaire 14 en aval de la soufflante 50 avant que celui-ci ne soit rejeté hors du turboréacteur. Le corps central 56 est fixé à l'intérieur de la nacelle 10 par des bras de liaison 70. Ces bras 70 comportent des bras de liaison principaux 72 et des bras de liaison secondaires 74, qui sont présentés notamment par les figures 2A et 3. 3064298 7 Le redresseur 60 est donc constitué essentiellement par le carter intérieur 52, le carter extérieur 54, les aubes 62 et les bras 72 et 74. La figure 2A est une vue axiale partielle du turboréacteur 100 depuis l'arrière, sur laquelle ne sont représentés que le redresseur 60, les bras de liaison 70, et une 5 partie des carter intérieur 52 et extérieur 54. La figure 2B est une vue de détail partielle du turboréacteur 100 depuis l'avant, dans un plan de coupe B situé juste en aval du redresseur 60. La figure 3 est une coupe radiale 'dépliée' du carter 52. La coupe est réalisée à faible distance au-dessus de la surface externe du carter 52 (juste au-dessus des 10 congés de raccordement des pieds des aubes 62). La figure 3 présente : - en abscisse l'angle a qui est l'angle formé entre la direction radiale considérée et la direction verticale, tel que représenté sur la figure 2B ; - en ordonnée, la position x suivant l'axe A du turboréacteur 100. 15 L'angle (a = 0°) correspond donc à la direction verticale vers le haut. Comme on peut le voir notamment sur les figures 2A et 3, le turboréacteur 100 comporte 7 bras de liaison 70 : deux bras de liaison principaux 72A et 72B (dénommés collectivement `bras principaux 72'), et cinq bras de liaison secondaires 74A, 74B, 74C, 74D et 74E (dénommés collectivement 'bras secondaires 74'). Les 20 bras secondaires 74 et le bras principal 72B sont répartis de manière axisymétrique autour de l'axe A, et sont donc espacés angulairement deux à deux de 60°. Le bras principal 72A relie verticalement la partie supérieure du carter 52 au carter 54 et s'étend donc suivant la direction a = 0°. Le bras 72B inversement est dirigé vers le bas, suivant la position a = -180°. 25 Du point de vue axial, les aubes 62 constituant le redresseur 60 sont toutes disposées au même niveau en amont des bras 70. Elles s'étendent axialement depuis le plan des bords d'attaque des pales 64 des aubes 62 (x=X0) jusqu'au plan des bords de fuite de ces pales (x=X1) ; les pales 64 s'étendent donc sur une étendue axiale E = X0-X1. 30 Légèrement en aval de ces pales, les cinq bras secondaires 74 et le bras principal 72B sont disposés de telle sorte que leurs bords d'attaque sont tous disposés à la même position axiale X2 légèrement en aval de la position Xl. Le bras principal 72A est placé en aval du bras secondaire 74A et à la même position angulaire (ou circonférentielle) que celui-ci : ct = 0°. Son bord d'attaque est 35 donc disposé à une position axiale X4 située en aval de la position axiale X3 du bord 30642 9 8 8 de fuite du bras secondaire 74A (X4 0 d'une valeur a0 =8°. Par suite, la dépression D2A n'est pas non plus centrée angulairement sur la position angulaire du bras 72A (a=0), mais est 30 décalée légèrement du côté a>0. De même, une dépression D2B, identique à la dépression D2A hormis un décalage angulaire de 180° par rapport à celle-ci, et présentant un minimum P2B, est formée sensiblement au droit du deuxième bras principal 72B. Axialement, les dépressions D2A et D2B sont formées entre deux plans 35 transverses Pl. et P2. En amont, le plan P1 (dans lequel se trouvent les points les 3064298 10 plus en amont des dépressions D2A et D2B) se trouve à une distance E en amont du redresseur 60. En aval, le plan P2 (dans lequel se trouvent les points les plus en aval des dépressions D2A et D2B) se trouve au double de la distance E en aval du redresseur 60. Des positions plus en amont ou en aval des plans P1 et P2 peuvent 5 être choisies tout en restant dans le cadre de la présente invention. Les dépressions secondaires D4B, D4C, D4D et D4E sont identiques les unes aux autres, hormis leurs décalages angulaires respectifs illustrés par la figure 2B. Ces dépressions sont de moindre importance que les dépressions principales D2A et D2B. Alors que les dépressions principales sont décalées angulairement (suivant la 10 direction circonférentielle) par rapport aux bras principaux, par contraste chaque dépression secondaire, dans ce mode de réalisation, est centrée angulairement sur le bras secondaire auquel elle est associée. REVENDICATIONS1. Turbomachine comprenant un carter intérieur (52), un carter extérieur (54), un 5 redresseur (60) comprenant des aubes et disposé entre lesdits carters pour redresser un flux de fluide circulant entre les carters ; les carters (52,54) étant reliés par au moins un bras principal de liaison (72A,72B) ; un premier des carters (52,54) définissant une surface de référence (S) qui est une surface de révolution constituant un modèle approché d'une surface du premier 10 carter en contact avec le fluide ; la turbomachine se caractérisant en ce que la surface du premier carter présente, par rapport à la surface de référence, au moins pour un premier bras principal de liaison (72A,72B), une dépression principale (D2A,D2B) : - s'étendant radialement du côté du premier carter par rapport à la surface de 15 référence (S) au moins jusqu'à 5% de l'étendue radiale des aubes ; et - s'étendant circonférentiellement sur une plage (02) d'au minimum 20° et d'au maximum 120° incluant une position circonférentielle dudit premier bras principal de liaison (72A,72B). 20 2. Turbomachine selon la revendication 1, dont les carters sont maintenus en position coaxiale également par au moins un bras secondaire de liaison (74B,74C,74D,74E), et la surface fonctionnelle du carter présente, par rapport à la surface de référence, au moins une dépression secondaire (D4B,D4C,D4D,D4E) : - s'étendant radialement du côté du premier carter par rapport à la surface de 25 référence au moins jusqu'à 5% de l'étendue radiale des aubes, et - s'étendant circonférentiellement sur une plage (04) d'au minimum 10° et d'au maximum 45°, incluant une position circonférentielle d'un premier bras secondaire de liaison (74B,74C,74D,74E). 30 3. Turbomachine suivant la revendication 1 ou 2, dont le premier carter est le carter intérieur (52) ou le carter extérieur (54). 4. Turbomachine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, dont la dépression principale (D2A,D2B) présente un maximum (P2A,P2B) suivant la 3064298 12 direction radiale, disposé de manière décalée suivant la direction circonférentielle par rapport à la position circonférentielle du premier bras principal de liaison (72A,72B). 5. Turbomachine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel 5 lesdites aubes (62) comportent des pales (64), et dont la dépression principale (D2A,D2B) s'étend axialement au moins sur toute l'étendue axiale (E) desdites pales des aubes. 6. Turbomachine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel 10 lesdites aubes (62) comportent des pales (64), et la dépression principale (D2A,D2B) s'étend axialement en amont desdites pales (64) des aubes (62) au moins d'une distance égale à une étendue axiale (E) des pales des aubes, et/ou s'étend axialement en aval des pales des aubes au moins sur une distance égale à deux étendues axiales (E) des pales des aubes. 15 7. Turbomachine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, la turbomachine étant une turbomachine double-flux présentant une soufflante (50), le redresseur (60) étant disposé en aval de la soufflante. 20 8. Turbomachine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, la turbomachine étant une turbomachine double-flux comportant un compresseur disposé sur un flux primaire de la turbomachine, et le redresseur faisant partie du compresseur.