Brevet FR3069291A1 — publié le 20190125

CONDUIT D'ALIMENTATION D'UN COMPRESSEUR D'UNE TURBOMACHINE DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un conduit d'alimentation en fluide d'une turbomachine dont la structure permet de réduire le bruit engendré par le fonctionnement de la turbomachine, et plus particulièrement le bruit engendré par un compresseur de ladite turbomachine. ETAT DE LA TECHNIQUE Le bruit causé par le fonctionnement des turbomachines est un problème récurrent et présent depuis de nombreuses années dans l'industrie aéronautique, notamment en ce qui concerne les avions de transport pour lesquels des limites de niveau de bruit de décollage et d'atterrissage sont généralement imposées. Le bruit engendré par le fonctionnement d'une turbomachine est dû principalement aux turbines, aux compresseurs et à la soufflante. En ce qui concerne plus particulièrement les turboréacteurs, la technologie « double flux » a engendré des changements dans la structure générale des turboréacteurs afin de permettre une séparation du flux entrant en un flux primaire qui traverse l'ensemble du réacteur en passant par un compresseur basse pression (BP), par un compresseur haute pression (HP), et par les chambres de combustion et les turbines haute et basse pression, et un flux secondaire qui contourne le coeur, ou partie chaude, du réacteur. Ces changements structuraux ont dès lors permis de réduire significativement le bruit des réacteurs. Par ailleurs, d'autres méthodes sont couramment mises en oeuvre afin de réduire davantage les niveaux sonores. Ces méthodes consistent généralement en une étude aérodynamique appropriée des différents étages du turboréacteur, amenant à ajuster par exemple le calage des aubes, l'espacement entre les étages fixes et mobiles, ou encore les nombres d'aubes des différents rotors et stators situés aux endroits d'intérêt du turboréacteur. Ces ajustements sont souvent concluants et contribuent à diminuer le bruit du turboréacteur. Mais il reste nécessaire de trouver d'autres alternatives, pouvant être notamment mises en oeuvre conjointement avec les méthodes précédentes, afin de réduire encore davantage le bruit de fonctionnement des turbomachines. 2 EXPOSE DE L'INVENTION L'invention a donc pour but de remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un conduit d'alimentation d'un compresseur d'une turbomachine dont la structure permet de réduire le bruit généré par le compresseur. 5 Un autre but de l'invention est de proposer une turbomachine comprenant au moins un compresseur alimenté par au moins un tel conduit d'alimentation du compresseur, dont le bruit qu'elle génère en fonctionnement est réduit par rapport aux turbomachines existantes. À cette fin, l'invention concerne un conduit d'alimentation d'un compresseur d'une turbomachine, formé d'une paroi interne et d'une paroi externe de révolution autour d'un axe 10 et en regard l'une de l'autre de manière à définir une veine de circulation d'un fluide, ladite veine permettant d'acheminer le fluide depuis l'entrée du conduit vers l'entrée du compresseur, le rayon de la paroi externe du conduit à l'entrée du conduit étant supérieur au rayon du conduit à l'entrée du compresseur, le conduit étant principalement caractérisé en ce qu'il comprend au moins une portion pour laquelle le rayon de la paroi externe du conduit le 15 long de la portion est inférieur au rayon de la paroi externe du conduit à l'entrée du compresseur. Selon d'autres caractéristiques optionnelles du conduit d'alimentation selon l'invention : - au moins un rayon Rext de la paroi externe du conduit le long de la portion de conduit vérifie: 20 Rext = a * Rext,comp, avec 0 0,8 * (RExt Rint) (4) Un autre objet de l'invention concerne une turbomachine comprenant au moins un compresseur alimenté par au moins un conduit d'alimentation tel que décrit précédemment. La turbomachine est de préférence un turboréacteur double flux. 3 Un autre objet de l'invention est un turboréacteur double flux comprenant au moins un compresseur alimenté par au moins un conduit d'alimentation tel que décrit précédemment, le conduit d'alimentation du compresseur étant un conduit de circulation du flux primaire. De préférence, le conduit d'alimentation du compresseur est un conduit d'alimentation 5 d'un compresseur basse pression. DESCRIPTION DES FIGURES D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, en référence aux 10 figures annexées qui représentent : - La figure 1, une vue en coupe simplifiée d'un turboréacteur comprenant un compresseur et un conduit d'alimentation du compresseur situé en amont dudit compresseur ; - La figure 2, un agrandissement du conduit d'alimentation du compresseur 15 représenté sur la Figure 1. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Généralités 20 Le conduit d'alimentation d'un compresseur selon l'invention permet de réduire le bruit généré par une turbomachine, et en particulier un moteur d'aéronef, tel que par exemple un turboréacteur ou un turbopropulseur. Le conduit peut tout particulièrement, mais non exclusivement, être monté dans un turboréacteur de type « double flux », et permet dès lors de réduire le bruit généré par la 25 circulation du flux primaire au sein du turboréacteur. Le conduit d'alimentation proposé permet en particulier de réduire le bruit généré par le compresseur vers l'amont de la turbomachine. Ce bruit est principalement généré par l'interaction de l'écoulement fluide avec les aubes du compresseur et peut être amplifié notamment si des phénomènes d'interaction se produisent avec une soufflante située en 30 amont du compresseur. Ce bruit peut s'avérer particulièrement gênant dans les phases à faible poussée, telle qu'une phase d'approche d'un aéronef par exemple, lorsque le bruit de la soufflante devient moins significatif. Pour rappel, la propagation acoustique en conduit est un phénomène pour lequel l'énergie acoustique est distribuée sur une base modale. Chaque mode correspond à une 4 quantité d'énergie, qui s'exprime sous la forme d'ondes acoustiques qui se propagent, le mode est alors dit « passant », ou qui ne se propagent pas, le mode est alors dit « coupé ». Les caractéristiques de propagation en conduit d'un mode donné sont définies par un paramètre appelé « ratio de coupure » ou « cut-off ratio » en anglais, noté CR. À partir des 5 dimensions de l'installation, il permet de déterminer si l'onde acoustique est censée se propager ou non dans le conduit. Le ratio de coupure est défini par la relation (1) suivante : 2Trf CR (1) C * 1 - M2 * 1m1 * 100,282. 1m1-0,607/Dext 10 Dans laquelle : - f représente la fréquence de passage d'une aube du compresseur, - c représente la vitesse du son dans le milieu considéré, - M représente le nombre de Mach de l'écoulement fluide considéré, le fluide étant généralement de l'air ou assimilé à de l'air, 15 - m représente le numéro du mode azimutal considéré, - Dext représente le diamètre de la paroi externe du conduit de circulation du fluide. Afin que le mode considéré soit coupé, il est nécessaire d'avoir un ratio de coupure inférieur à 1. Il a été constaté que minimiser le diamètre Dext de la paroi externe du conduit de 20 circulation du fluide était particulièrement avantageux pour couper le mode considéré, et permettre concomitamment la réduction du bruit causé par la circulation d'un fluide dans un conduit. On cherche donc à réduire le bruit engendré par le compresseur en optimisant la forme générale du conduit situé en amont du compresseur. 25 D'amont en aval du conduit par rapport au sens d'écoulement de l'air dans le conduit, les parois du conduit d'alimentation du compresseur sont convergentes puis divergentes par rapport à l'axe de révolution du conduit. Cette caractéristique sera développée plus en détail dans la suite de la description, en appui des Figures 1 et 2 qui illustrent un exemple de réalisation du conduit d'alimentation d'un compresseur au sein d'une turbomachine, selon 30 l'invention. Exemple La turbomachine 10 représentée sur les Figures 1 et 2 est un turboréacteur à double flux. 5 On précise pour la suite que le terme « amont » (AM) correspond à une zone de provenance du fluide qui traverse la turbomachine 10 en fonctionnement, et que le terme « aval » (AV) correspond à une zone de partance de ce fluide. Ainsi, le fluide traverse la turbomachine, et en particulier le conduit d'alimentation du compresseur, depuis l'amont vers 5 l'aval. Le turboréacteur 10 comprend un corps 20 d'axe longitudinal (x), orienté de l'amont vers l'aval, le corps 20 étant logé dans un carter 30, et l'ensemble du corps et du carter étant monté dans une nacelle 40. La partie amont 21 du corps 20 du turboréacteur forme un cône d'entrée du flux d'air 10 total qui délimite, avec la nacelle 40, une manche d'entrée d'air 50 dans le turboréacteur. Une soufflante 60 munie d'une pluralité d'aubes s'étend en amont du turboréacteur au niveau de la manche d'entrée d'air 50 et reçoit le flux d'air total d'entrée qui pénètre dans le turboréacteur. Le flux d'air total est ensuite partagé entre un flux secondaire qui circule dans l'espace 15 70 prolongeant la manche d'entrée d'air 50 situé entre la nacelle 40 et le corps 20 du turboréacteur, et un flux primaire qui circule dans le conduit d'alimentation 80 du compresseur selon l'invention jusqu'au compresseur 90. Cette séparation du flux d'air total en flux d'air primaire et secondaire en aval de la soufflante 60 est réalisée par un cône de séparation 31 qui s'étend entre l'espace 70 de circulation du flux secondaire et le conduit 80 20 de circulation du flux primaire. Dans le mode de réalisation illustré sur les Figures 1 et 2, le compresseur 90 est un compresseur basse pression (BP), situé en amont d'un compresseur haute pression (HP), ce dernier n'étant pas représenté. D'autres types de compresseurs ou d'ensembles compresseurs peuvent être prévus en lieu et place du compresseur basse pression ainsi 25 illustré. Sur les Figures 1 et 2, un conduit d'alimentation correspondant à l'état de l'art est représenté en traits pointillés, et un exemple de réalisation du conduit d'alimentation selon l'invention est représenté en traits pleins, ce qui permet de noter la différence de structure, en particulier la différence de courbure, entre le conduit de l'invention et le conduit de l'état de 30 l'art. Le conduit d'alimentation 80 du compresseur est de révolution autour de son axe confondu avec l'axe (x) du turboréacteur. Il est formé d'une paroi externe 81, de rayon Rext mesuré depuis l'axe (x), et d'une paroi interne 82, de rayon Rnt également mesuré depuis l'axe (x). 6 Les parois interne 82 et externe 81 du conduit d'alimentation 80 sont en regard l'une de l'autre, de sorte qu'elles définissent une veine de circulation du fluide, en l'occurrence du flux primaire, permettant d'acheminer le fluide depuis l'entrée 83 du conduit jusqu'à la sortie du conduit 84 correspondant à l'entrée du compresseur 90. 5 Sur l'exemple de réalisation du turboréacteur des Figures 1 et 2, le conduit d'alimentation 80 s'étend depuis l'extrémité aval de la manche d'entrée d'air, en aval de la soufflante 60, jusqu'à l'entrée du compresseur 90 par laquelle le fluide pénètre à l'intérieur du compresseur. L'entrée 83 du conduit (son extrémité amont) correspond sensiblement à l'extrémité amont du cône de séparation 31. 10 On comprendra cependant que l'emplacement de l'entrée 83 du conduit d'alimentation peut varier d'une turbomachine à une autre en fonction de la conception de ladite turbomachine, et qu'il s'agit de manière générale d'une zone de transition marquant le passage du fluide depuis un premier élément vers un deuxième élément de la turbomachine, le deuxième élément étant un compresseur ou un ensemble de compresseurs. 15 Le compresseur 90 est avantageusement positionné dans le prolongement immédiat du conduit 80 de manière à éviter les déperditions d'air dans le corps du turboréacteur. L'entrée 84 du compresseur correspond en particulier au bord d'attaque de l'aube de la première roue mobile du compresseur 90. Ainsi qu'illustré sur les Figures 1 et 2, le rayon Rext,cend de la paroi externe 81 du conduit 20 à l'entrée 83 du conduit est supérieur au rayon Rext,certip de la paroi externe 81 du conduit à l'entrée 84 du compresseur. De manière analogue, le rayon Rinuend de la paroi interne 82 du conduit à l'entrée 83 du conduit est supérieur au rayon Rint,certip de la paroi interne 82 du conduit à l'entrée 84 du compresseur. 25 Cela se traduit par le fait que l'entrée 83 du conduit est plus éloignée de l'axe (x) que l'entrée 84 du compresseur. Par ailleurs, le conduit d'alimentation 80 selon l'invention comprend au moins une portion P de conduit pour laquelle le rayon Rext de la paroi externe 81 du conduit le long de la portion est inférieur au rayon Rext,certip de la paroi externe 81 du conduit à l'entrée 84 du 30 compresseur. On précise que les termes « le long de la portion » signifient sur l'ensemble de la portion, c'est-à-dire en tout point de ladite portion. La portion P de conduit a une longueur quelconque, nécessairement inférieure à la longueur du conduit. Le long de la portion P du conduit, la paroi externe 81 du conduit vérifie de préférence 35 la relation (2) suivante : 7 Rext = a * Rext,comp, avec 0 0,8 * (Rext R1) (4) 20 Pour conclure, le conduit d'alimentation selon l'invention offre une alternative aux différentes méthodes et ajustements structuraux existant visant à réduire le bruit d'une turbomachine, et tout particulièrement le bruit généré par le compresseur d'une telle turbomachine. L'invention offre l'avantage d'être simple à mettre en oeuvre, puisqu'il s'agit d'un 25 changement structurel local du conduit utilisé habituellement, REVENDICATIONS1. Conduit d'alimentation (80) d'un compresseur (90) d'une turbomachine (10), formé d'une paroi interne (82) et d'une paroi externe (81) de révolution autour d'un axe (x) et en regard l'une de l'autre de manière à définir une veine de circulation d'un fluide, ladite veine permettant d'acheminer le fluide depuis l'entrée (83) du conduit vers l'entrée (84) du compresseur (90), le rayon (Rext,cond) de la paroi externe (81) du conduit à l'entrée (83) du conduit étant supérieur au rayon (Rext,cornp) du conduit à l'entrée (84) du compresseur, le conduit (80) étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins une portion (P) pour laquelle le rayon (Rext) de la paroi externe (81) du conduit le long de la portion (P) est inférieur au rayon (Rext,cornp) de la paroi externe (81) du conduit à l'entrée (84) du compresseur (90). 2. Conduit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un rayon (Rext) de la paroi externe (81) du conduit le long de la portion (P) de conduit vérifie: Rext = a * Rext,comp, avec 0 3. Conduit selon la revendication 2, caractérisé en ce que la relation (3) est vérifiée sur toute la longueur d'une partie de la portion. 4. Conduit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rayon (Rit) de la paroi interne (82) du conduit le long de la portion (P) du conduit est inférieur au rayon (Rint,cornp) de la paroi interne (82) du conduit à l'entrée (84) du compresseur (90). 5. Conduit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit présente une longueur définie entre une abscisse (xcond) représentative de l'entrée du conduit et une abscisse (xcomp) représentative de l'entrée du compresseur de sorte que le rayon (Rext) externe de la paroi externe du conduit, le rayon (Rit) interne de la paroi interne du conduit, ladite abscisse (xcond) représentative de l'entrée du conduit et ladite abscisse (xcomp) représentative de l'entrée du compresseur vérifient la relation suivante : XComp XCond > 0,8 * (Rext Rint) (4) 11 6. Turbomachine (10) caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un compresseur (90) alimenté par au moins un conduit d'alimentation (80) selon l'une des revendications précédentes. 5 7. Turbomachine selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'il s'agit d'un turboréacteur double flux. 8. Turboréacteur double flux caractérisé en ce qu'il comprend au moins un 10 compresseur (90) alimenté par au moins un conduit d'alimentation (80) selon l'une des revendications 1 à 5, le conduit d'alimentation du compresseur étant un conduit de circulation du flux primaire. 9. Turboréacteur double flux selon la revendication 8, caractérisé en ce que le 15 conduit d'alimentation (80) du compresseur (90) est un conduit d'alimentation d'un compresseur basse pression.