Brevet FR3065497A1 — publié le 20181026

CANAL D'EJECTION D'AIR VERS LE SOMMET ET VERS L'AVAL D'UNE PALE D'AUBE DE TURBOMACHINE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte au domaine technique général des turbomachines d'aéronef telles que les turboréacteurs. Plus précisément, l'invention concerne des aubes de rotor de compresseur de turbomachine. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Une aube mobile pour compresseur axial de turbomachine comprend un pied et une pale qui s'étend selon une direction de la hauteur de la pale, depuis une plateforme jusqu'au sommet de la pale. Le sommet de la pale est entouré par un carter externe au compresseur. Les tourbillons résultant de l'écoulement d'air entre le sommet de la pale et le carter de compresseur réduisent les performances aérodynamiques de la pale dans la turbomachine. De tels tourbillons sont également connus sous le nom de tourbillons de jeux. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention vise à résoudre au moins partiellement les problèmes rencontrés dans les solutions de l'état de l'art antérieur. A cet égard, l'invention a pour objet une aube de rotor pour turbomachine. L'aube comprend un pied et une pale. La pale comprend un bord d'attaque et un bord de fuite situé en aval du bord d'attaque, selon une direction du squelette de la pale. La pale comporte une paroi intrados et une paroi extrados s'étendant chacune depuis le bord d'attaque jusqu'au bord de fuite. La pale s'étend entre le pied et un sommet de l'aube selon une direction de la hauteur de la pale. 3065497 2 Selon l'invention, l'aube comprend au moins un canal d'injection d'air qui s'étend depuis un orifice d'entrée d'air traversant le bord d'attaque jusqu'à un orifice de sortie traversant la paroi extrados, le canal étant configuré pour éjecter de l'air à travers l'orifice de sortie dans une direction orientée vers l'aval et vers le sommet de la 5 pale. L'injection d'air permet de limiter les perturbations d'écoulement de l'air au sommet de la pale, en améliorant notamment l'écoulement de l'air selon la direction axiale au sommet de la pale. En particulier, l'injection d'air en sortie du canal permet de réduire les tourbillons générés entre le sommet de la pale et le carter situé en 10 vis à vis de la pale. Les performances aérodynamiques de la pale dans la turbomachine en sont améliorées, ainsi que la marge au pompage. L'invention peut comporter de manière facultative une ou plusieurs des caractéristiques suivantes combinées entre elles ou non. Avantageusement, la valeur de l'angle formé entre une direction de 15 l'orifice de sortie et une direction de la tangente à la paroi extrados au niveau de l'orifice de sortie, dans un plan de coupe transversale de la pale passant par l'orifice de sortie, est comprise entre une valeur sensiblement égale à 00 et 20°. L'expression « sensiblement égale à 0°» signifie le plus proche possible de zéro degré pour avoir un flux de sortie tangentiel. Cette valeur dépend en particulier 20 des contraintes de fabrication telles que les épaisseurs de matière à gérer pour arriver à fabriquer l'orifice de sortie. Selon une particularité de réalisation, la valeur de l'angle formé entre la direction de l'orifice de sortie et la direction de l'axe longitudinal de l'arbre de rotor sur lequel est monté l'aube, dans au moins un plan de coupe longitudinal de la pale, est comprise entre 0° et 90°. Dans des réalisations particulières, l'angle peut ici être compris entre 30° et 60° et des calculs à une valeur de 45 degrés ont montré des résultats satisfaisants. Selon une forme de réalisation avantageuse, la hauteur de l'orifice d'entrée d'air depuis le sommet est comprise entre sensiblement 0% et sensiblement 40% de la hauteur de la pale ou entre 60% et sensiblement 100% de la hauteur de la pale. 3065497 3 Ainsi, en fonction de l'écoulement, l'orifice ou les orifices d'entrée d'air sont soit côté sommet, le cas échéant à grande proximité du sommet, soit côté pied, le cas échéant à grande proximité du pied. La localisation de l'orifice d'entrée dépend en particulier de la pression 5 statique souhaitée en entrée, par exemple à des valeurs élevée par rapport au reste de l'écoulement contre l'aube. Les contraintes de fabrication sont aussi à prendre en compte, en particulier les facilités de ménager un orifice par exemple dans une zone suffisamment épaisse de l'aube telle qu'a proximité du pied. Dans certains cas particuliers, il ne peut cependant pas être exclu que l'orifice ou les orifices d'entrée d'air 10 soit sensiblement à mi-hauteur de l'aube. Selon une autre particularité de réalisation, la hauteur de l'orifice de sortie d'air depuis le sommet est comprise entre 50% et 100% de la hauteur de la pale. Avantageusement, l'orifice de sortie d'air est décalé du bord d'attaque d'une longueur comprise entre 20% et 90% de la longueur de la pale selon la direction du 15 squelette. Dans des réalisations particulières, l'orifice de sortie d'air est décalé du bord d'attaque d'une longueur comprise entre 30% et 50% de la longueur de la pale selon la direction du squelette, en particulier en fonction des profils de décollements d'écoulement le long de l'aube. Selon une particularité de réalisation, la pale comprend au moins deux 20 canaux qui s'étendent depuis leur orifice d'entrée d'air traversant le bord d'attaque jusqu'à leur orifice de sortie traversant la paroi extrados. L'orifice d'entrée d'un deuxième canal parmi lesdits canaux étant décalé de l'orifice d'entrée d'un premier canal parmi lesdits canaux selon la direction de la hauteur, l'orifice de sortie du deuxième canal étant décalé de celui du premier canal selon la direction du squelette. 25 Ainsi, en s'exprimant autrement, la pale comprend au moins un deuxième canal d'injection d'air qui s'étend depuis un orifice d'entrée d'air traversant le bord d'attaque jusqu'à un orifice de sortie traversant la paroi extrados. L'orifice d'entrée du deuxième canal est décalé de celui du premier canal selon la direction de la hauteur. L'orifice de sortie du deuxième canal est décalé de celui du premier canal selon la 30 direction du squelette. 3065497 4 L'invention se rapporte aussi à un compresseur pour turbomachine comprenant une aube mobile telle que définie ci-dessus. De préférence, le compresseur est un compresseur axial. Le compresseur peut également être un compresseur centrifuge. 5 En outre, l'invention concerne une turbomachine comprenant un compresseur tel que défini ci-dessus. De préférence, la turbomachine est un turboréacteur. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la 10 description d'exemples de réalisation, donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique partielle en coupe longitudinale d'une turbomachine comprenant une aube selon un premier mode de réalisation de l'invention ; 15 - la figure 2 est une représentation schématique en perspective de l'aube selon le premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une représentation schématique partielle de profil d'un compresseur comprenant l'aube selon le premier mode de réalisation ; - la figure 4 est une représentation schématique partielle en 20 perspective, côté intrados, de la pale de l'aube selon le premier mode de réalisation ; - la figure 5 est une représentation schématique partielle de la pale de l'aube selon le premier mode de réalisation, en coupe longitudinale selon la ligne V-V indiquée à la figure 4; - la figure 6 est une représentation agrandie par rapport à la 25 figure 3, côté extrados et au niveau du sommet de la pale de l'aube selon le premier mode de réalisation. 3065497 5 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. 5 La figure 1 représente une turbomachine 1 à double flux et double corps. La turbomachine 1 est un turboréacteur qui a une forme de révolution autour d'un l'axe longitudinal AX. La turbomachine 1 comprend, de l'amont vers l'aval sur le chemin d'un flux d'air FA, une manche d'entrée d'air 2, une soufflante 3, un compresseur basse 10 pression 4, un compresseur haute pression 6, une chambre de combustion 7, une turbine haute pression 8 et une turbine basse pression 10. Les directions amont et aval sont utilisées dans ce document en référence à l'écoulement global des gaz dans le turboréacteur, une telle direction est sensiblement parallèle à la direction de l'axe longitudinal AX. Une telle direction est 15 également appelée direction axiale. Le compresseur basse pression 4, le compresseur haute pression 6, la turbine haute pression 8 et la turbine basse pression 10 délimitent une veine primaire d'écoulement d'un flux primaire A (figure 3), une veine secondaire d'écoulement d'un flux secondaire B (figure 1) entourant la veine primaire. 20 Le compresseur haute pression 6 et la turbine haute pression 8 sont reliées mécaniquement de manière connue par un arbre d'entraînement (non représenté) du compresseur haute pression 6, de sorte à former un corps haute pression de la turbomachine 1. De manière similaire, le compresseur basse pression 4 et la turbine basse pression 10 sont reliées mécaniquement par un arbre de turbomachine 1, de façon 25 à former un corps basse pression de la turbomachine 1. Le compresseur basse pression 4, le compresseur haute pression 6, la chambre de combustion 7, la turbine haute pression 8 et la turbine basse pression 10 sont entourés par un ensemble médian de carter 9N qui délimite d'une part extérieurement la veine du flux primaire A et d'autre part intérieurement la veine du flux 3065497 6 secondaire B. Un carter externe 9X s'étend depuis la manche d'entrée 2 jusqu'à la turbine basse pression 10 en délimitant extérieurement la veine du flux secondaire B. Le compresseur haute pression 6 comprend des aubes fixes et des aubes mobiles 11 dont une est représentée à la figure 2. 5 L'aube 11 comprend un pied P et une pale 12. L'aube 11 est assemblée de manière connue, par le pied P, via un disque 5 schématisé à la figure 3, à un arbre haute pression de rotor. La pale 12 est portée par ce pied P et constitue la partie aérodynamique de l'aube. L'aube 11 comprend aussi une plateforme 13 située à la jonction entre le pied P et la pale 12. 10 L'aube 11 s'étend selon une direction de la hauteur Y-Y depuis son pied P jusqu'à un sommet S de la pale 12. La direction de la hauteur Y-Y est également appelée direction d'envergure de l'aube, et correspond à la direction radiale de l'aube dans le compresseur. La pale 12 s'étend selon la direction de la hauteur Y-Y depuis la 15 plateforme 13 jusqu'au sommet S. Elle s'étend selon une direction du squelette S-S de la pale depuis un bord d'attaque BA jusqu'à un bord de fuite BF. Ici, on considère la direction du squelette comme similaire à celle de la corde. Cette direction du squelette S-S est curviligne et elle correspond à la ligne médiane de la pale qui relie le bord d'attaque BA au bord de fuite BF. Il s'agit d'une 20 direction longitudinale de la pale 12. La pale 12 comprend une paroi intrados 15 et une paroi extrados 16 qui relient chacune le bord d'attaque BA au bord de fuite BF. La paroi intrados 15 et la paroi extrados 16 sont espacées l'une de l'autre en définissant entre elles une direction transversale Z-Z de la pale. 25 La direction de la hauteur Y-Y, la direction du squelette S-S et la direction transversale Z-Z sont deux à deux localement orthogonales. L'aube 11 est une pièce unique monobloc obtenue par fonderie. Elle est remplie de matière entre la paroi intrados 15 et la paroi extrados 16. En référence aux figures 3 à 6, la pale 12 comprend une pluralité de 30 canaux 32 d'injection d'air qui s'étendent chacun depuis un orifice d'entrée 31 qui 3065497 7 traverse le bord d'attaque BA, jusqu'à un orifice de sortie 33 qui traverse la paroi extrados 16. Les canaux 32 forment des évidements de matière à l'intérieur de la pale 12. Ils sont par exemple les seuls canaux traversant l'aube 11. 5 Chaque canal 32 comporte une première portion 34 qui s'étend depuis l'orifice d'entrée 31 vers l'aval sensiblement perpendiculairement à la direction de la hauteur Y-Y, par exemple selon la direction du squelette S-S. Chaque canal 32 comprend une deuxième portion 36 qui est située dans la continuité de la première portion 34 et qui s'étend vers le sommet S de la pale et vers 10 l'aval jusqu'à l'orifice de sortie 33. La deuxième portion 36 comprend notamment un coude de sortie à proximité de l'orifice de sortie 33. La deuxième portion 36 est configurée pour éjecter de l'air à travers l'orifice de sortie 33 dans une direction orientée vers l'aval et vers le sommet S de la pale. Chaque canal 32 est configuré pour prélever de l'air au niveau de 15 l'orifice d'entrée 31 où la pression de l'air est importante, pour l'acheminer jusqu'à l'orifice de sortie 33 où cet air est éjecté hors de la pale 12 selon une direction OS qui est orientée vers l'aval et vers le sommet S de la pale (figure 5, figure 6). En référence plus spécifiquement à la figure 4, la pale 12 comprend trois canaux 32 : un premier canal 32a, un deuxième canal 32b et un troisième canal 32c. Dans 20 l'exemple considéré en relation avec les figures, le premier canal 32a est le plus court et celui globalement le plus proche du sommet S de l'aube. Les orifices d'entrée 31a, 31b et 31c des canaux 32 sont espacés les uns des autres le long de la direction de la hauteur Y-Y de la pale 12, le long du bord d'attaque BA. 25 L'orifice d'entrée 31b du deuxième canal 32b est situé entre l'orifice d'entrée 31c du troisième canal 32c et l'orifice d'entrée 31a du premier canal 32a. L'orifice d'entrée 31b du deuxième canal est situé en dessous de l'orifice d'entrée 31a du premier canal selon la direction de la hauteur Y-Y. Les hauteurs hi., h2, h3 des orifices d'entrée d'air 31a, 31b, 31c depuis le 30 sommet S sont comprises entre 100% et 0% de la hauteur H de la pale. 3065497 8 Les orifices de sortie 33a, 33b, 33c des canaux 32 sont espacés les uns des autres le long de la paroi extrados 16 selon la direction du squelette S-S. L'orifice de sortie 33b du deuxième canal 32b est situé entre l'orifice de sortie 33c du troisième canal 32c et l'orifice de sortie 33a du premier canal 32a. L'orifice 5 de sortie 33b du deuxième canal est situé en aval de l'orifice de sortie 33a du premier canal. Les hauteurs h4, 1-16, h6 des orifices de sortie d'air 33a, 33b, 33c depuis le sommet S sont comprises entre 50% et 100% de la hauteur H de la pale. Les orifices de sortie d'air 33a, 33b, 33c sont décalés du bord d'attaque BA vers le bord de fuite BF d'une 10 longueur 11, 12, 13 comprise entre 20% et 90% de la longueur L de la pale selon la direction du squelette S-S. Les flux d'air F1, F2 et F3, en sortie respectivement de l'orifice de sortie 33a du premier canal 32a, de l'orifice de sortie 33b du deuxième canal 32b et de l'orifice de sortie 33c du deuxième canal 32c, sont orientés selon des directions OS qui sont 15 sensiblement parallèles entre elles, en étant dirigées vers l'aval et vers le sommet de la pale S. En référence plus spécifiquement à la figure 5, la direction d'écoulement de l'air OS en sortie d'au moins un des canaux 32 forme avec une direction de la tangente TX à la paroi extrados 16 au niveau de l'orifice de sortie 33 de ce canal, dans un plan de 20 coupe transversale de la pale 12 passant par l'orifice de sortie 33, un angle p compris entre 00 et 20°. De manière générale, le jet d'air sortant des canaux 32 sera autant que possible tangent au profil de la paroi extrados 16, c'est-à-dire à l'écoulement global de d'air le long de la paroi extrados 16 dans la zone considérée à proximité des orifices de 25 sortie 33. A titre d'exemple, plus l'angle p est petit, meilleure sera l'efficacité. Cet angle p est par exemple inférieur à 20 degrés. Les difficultés de fabrication des canaux 32, en particulier au niveau de leur orifice de sortie 33 est à prendre en compte, outre les aspects d'efficacité aérodynamique. Dans le cas d'un angle p nettement inférieur à 20 degrés, le jet d'air sortant des canaux 32, outre l'effet escompté de minimisation des 30 tourbillons, pourra même avoir tendance à tendance à apporter de l'énergie à la couche 3065497 9 limite des profils aérodynamiques de l'aube 11 à proximité de son sommet S, en améliorant encore l'effet de retardement du décrochage du flux. Eviter un tel décrochage évite les tourbillons associés. En référence plus spécifiquement à la figure 6, la direction d'écoulement 5 de l'air OS en sortie 33 de ce canal forme avec la direction de l'axe longitudinal AX de l'arbre de rotor relié au disque 5sur lequel est monté l'aube 11, dans au moins un plan de coupe longitudinal de la pale 12, un angle cp compris entre 00 et 90° . Quant à l'angle cp, son choix dépend de la configuration du compresseur, en particulier de l'amplitude du tourbillon de jeu en sommet S d'aube, du débit dans le 10 flux primaire, de la situation aérodynamique des coupes de tête (en sous incidence ou non ...). Si l' angle cp trop faible, le jet d'air en sortie des canaux 32 n'est pas assez orienté vers la zone à forte vorticité. A l'inverse, si l'angle cp trop grand, le jet d'air en sortie des canaux 32 tendrait à créer des perturbations locales dans le flux primaire A, au contraire de l'effet recherché. 15 Les canaux 32 permettent de limiter les tourbillons dans l'écoulement dans la veine primaire A entre le sommet S de la pale 12 et le carter externe 9 du compresseur. Grâce à chaque canal 32, les perturbations au sommet S de la pale sont limitées. En particulier, l'air éjecté depuis les canaux 32 permet de réduire les tourbillons 20 entre le sommet S de la pale et le carter 9 qui entoure la pale 12. Les performances aérodynamiques du compresseur 6 en sont améliorées. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite sans sortir du cadre de l'exposé de l'invention. 25 En particulier, l'aube 11 décrite peut être une aube de compresseur basse pression 4 plutôt qu'une aube de compresseur haute pression 6, en fonction par exemple de la vitesse de rotation du compresseur considéré et/ou de la vitesse du flux d'air dans l'étage considéré du compresseur. L'aube 11 peut également être une aube de soufflante. 3065497 10 La forme générale de l'aube 11 est susceptible de varier. L'aube 11 peut être une aube de turbine 8, 10. La position de l'orifice d'entrée 31a, 31b, 31c du premier, du deuxième ou du troisième canal selon la direction de la hauteur Y-Y est susceptible de varier. 5 La position de l'orifice de sortie 33a, 33b, 33c du premier, du deuxième ou du troisième canal selon la direction de la hauteur Y-Y et/ou selon la direction du squelette S-S est susceptible de varier. La forme générale d'au moins un des canaux 32 est susceptible de varier. Par exemple, les canaux 32 peuvent avoir une section circulaire, dont le diamètre 10 est le plus petit possible en fonction des contraintes de fabrication. En particulier, pour un canal 32 long ayant une entrée d'air à proximité du pied d'aube, le diamètre peut être plus important que pour un canal 32 court ayant une entrée d'air à proximité du sommet S d'aube, en fonction des problématiques de fabrication et/ou de pression d'air à gérer. Un diamètre réduit de canal 32 permet en particulier de ne pas perturber l'écoulement au 15 niveau de la prise de pression au bord d'attaque BA. Ce diamètre est par exemple de l'ordre de grandeur de 0,1 millimètre à environ 1 millimètre. Le nombre de canaux 32 peut varier. La direction de l'écoulement en entrée d'au moins un des canaux 32 peut être différente de celle en entrée d'au moins un autre des canaux 32. 20 La direction OS de l'écoulement en sortie d'au moins un des canaux 32 peut être différente de celle en sortie d'au moins un autre des canaux 32. En variante non représentée, au moins un canal 32 peut être rectiligne plutôt que coudé, en comprenant des portions d'orientations différentes comme décrit précédemment. Ce canal 32 droit pourrait être réalisé par un simple perçage de foret 25 effectué à l'inclinaison souhaitée, en s'étendant rectiligne depuis l'orifice d'entrée 31 en bord d'attaque jusqu'à l'orifice de sortie 33 en paroi extrados. REVENDICATIONS1. Aube (11) de rotor pour turbomachine (1), comprenant : un pied (P), une pale (12) comprenant un bord d'attaque (BA) et un bord de fuite (BF) situé en aval du bord d'attaque (BA) selon une direction du squelette (S-S) de la pale, une paroi intrados (15) et une paroi extrados (16) s'étendant chacune depuis le bord d'attaque (BA) jusqu'au bord de fuite (BF), la pale (12) s'étendant entre le pied (P) et un sommet (S) de l'aube selon une direction de la hauteur (Y-Y) de la pale, caractérisé en ce que l'aube (11) comprend au moins un canal d'injection d'air (32) qui s'étend depuis un orifice d'entrée d'air (31) traversant le bord d'attaque (BA) jusqu'à un orifice de sortie (33) traversant la paroi extrados (16), le canal (32) étant configuré pour éjecter de l'air à travers l'orifice de sortie (33) dans une direction orientée vers l'aval et vers le sommet (S) de la pale. 2. Aube (11) selon la revendication précédente, dans laquelle la valeur de l'angle (13) formé entre une direction de l'orifice de sortie (OS) et une direction de la tangente (TX) à la paroi extrados (16) au niveau de l'orifice de sortie (33), dans un plan de coupe transversale de la pale (12) passant par l'orifice de sortie (33), est comprise entre une valeur sensiblement égale à 00 et 20°. 3. Aube (11) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la valeur de l'angle (cp) formé entre la direction de l'orifice de sortie (OS) et la direction de l'axe longitudinal (AX) de l'arbre (5) de rotor sur lequel est monté l'aube (11), dans au moins un plan de coupe longitudinal de la pale (12), est comprise entre 0° et 90°. 4. Aube (11) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la hauteur (h1, h2, h3) de l'orifice d'entrée d'air (31) depuis le sommet (S) est 3065497 12 comprise entre sensiblement 0% et 40% de la hauteur (H) de la pale ou entre 60% et sensiblement 100% de la hauteur (H) de la pale. 5. Aube (11) selon l'une quelconque des revendications précédentes, 5 dans laquelle la hauteur (h4, h5,116) de l'orifice de sortie d'air (33) depuis le sommet (S) est comprise entre 100% et 50% de la hauteur (H) de la pale. 6. Aube (11) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'orifice de sortie d'air (33) est décalé du bord d'attaque (BA) d'une 10 longueur (IL 12, 13) comprise entre 20% et 90% de la longueur (L) de la pale selon la direction du squelette (S-S). 7. Aube (11) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le canal (32) comporte : 15 une première portion (34) qui s'étend depuis l'orifice d'entrée (31) vers l'aval sensiblement perpendiculairement à la direction de la hauteur (Y-Y) de la pale, et une deuxième portion (36) qui est située dans la continuité de la première portion (34), la deuxième portion (36) s'étendant vers le sommet (S) de la pale et vers l'aval jusqu'à l'orifice de sortie (33), la deuxième portion (36) étant configurée pour 20 éjecter de l'air à travers l'orifice de sortie (33) dans une direction orientée vers l'aval et vers le sommet (S) de la pale. 8. Aube (11) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pale (12) comprend au moins deux canaux (32, 32a, 32b, 32c) qui 25 s'étendent depuis leur orifice d'entrée d'air (31, 31a, 31b, 31c) traversant le bord d'attaque (BA) jusqu'à leur orifice de sortie (33, 33a, 33b, 33c) traversant la paroi extrados (16), l'orifice d'entrée (31a, 31b, 31c) d'un deuxième canal parmi lesdits canaux (32, 32a, 32b, 32c) étant décalé de l'orifice d'entrée (31a, 31b, 31c) d'un premier canal parmi 30 lesdits canaux (32, 32a, 32b, 32c) selon la direction de la hauteur (Y-Y), l'orifice de sortie 3065497 13 (33a, 33b, 33c) du deuxième canal étant décalé de celui du premier canal selon la direction du squelette (S-S). 9. Compresseur (4, 6) pour turbomachine (1) comprenant une aube 5 (11) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Turbomachine (1) comprenant un compresseur (4, 6) selon la revendication précédente, la turbomachine (1) étant de préférence un turboréacteur.