Brevet FR3083824A1 — publié le 20200117

PIÈCE POUR ROTOR DE TURBOMACHINE D'AÉRONEF COMPRENANT UN ORIFICE DE DÉSHUILAGE DE FORME ELLIPTIQUE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine des turbomachines destinées à équiper les aéronefs et concerne plus particulièrement une pièce destinée à faire partie d'un rotor d'une telle turbomachine, cette pièce comprenant une paroi annulaire centrée sur un axe de rotation de la pièce, la paroi annulaire comprenant un orifice de déshuilage. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Certains des disques formant les rotors des compresseurs et des turbines des turbomachines d'aéronef comportent une paroi annulaire et un ou plusieurs orifices dits de « déshuilage » ménagés au travers de la paroi annulaire. Une telle paroi annulaire délimite en effet une enceinte dans laquelle règne un brouillard d'huile provenant de la lubrification d'un ou plusieurs paliers agencés au sein de ladite enceinte. Chaque orifice de déshuilage permet la circulation de l'air chargé d'huile depuis ladite enceinte jusque dans un autre espace dans lequel cet air est récupéré par un dispositif prévu à cet effet. Dans les turbomachines connues, les orifices de déshuilage sont des trous oblongs (également dénommés «slotted holes » dans la terminologie anglo-saxonne). Un tel trou oblong est défini comme étant un trou présentant une forme allongée composée d'une partie médiane rectangulaire ou carrée et deux demi-disques agencés symétriquement l'un par rapport à l'autre, de part et d'autre de la partie médiane, aux extrémités du trou. Comme rappelé dans le document FR3028781 antérieur de la demanderesse, une telle forme est en effet considérée comme apte à procurer une bonne durée de vie à la paroi annulaire. 2 Toutefois, les inventeurs se sont fixés pour objectif d'optimiser la forme de tels orifices de déshuilage afin d'accroître encore la durée de vie de la paroi annulaire. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention propose à cet effet une pièce pour rotor de turbomachine 5 d'aéronef, comprenant une paroi annulaire centrée sur un axe de rotation de la pièce, ainsi qu'au moins un orifice de déshuilage traversant la paroi annulaire de part en part, la pièce étant caractérisée en ce que l'orifice de déshuilage présente un bord à section en forme d'ellipse définie par un grand axe parallèle à une direction circonférentielle de la pièce et un petit axe inclus dans un plan comprenant l'axe de rotation de la pièce, et dans 10 laquelle un rapport B/A, d'une longueur B du grand axe de l'ellipse divisée par une longueur A du petit axe de l'ellipse, est compris entre 1,45 et 1,75 inclus. Les inventeurs ont en effet déterminé qu'une telle forme permet d'accroître considérablement la durée de vie de la paroi annulaire dans laquelle est formé l'orifice de déshuilage ou chaque orifice de déshuilage. Une telle amélioration se traduit 15 notamment par une diminution de la contrainte de Von Mises, comme cela apparaîtra plus clairement dans ce qui suit. De préférence, le bord présente des angles chanfreinés. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, la pièce consiste en un disque pour compresseur de turbomachine d'aéronef, notamment un disque 20 aubagé monobloc. L'invention concerne également un compresseur pour turbomachine d'aéronef, comprenant au moins une pièce du type décrit ci-dessus. L'invention concerne enfin une turbomachine pour aéronef, comprenant au moins une pièce du type décrit ci-dessus. 25 Dans des modes de réalisation préférés, la turbomachine pour aéronef comprend au moins un compresseur du type décrit ci-dessus. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la turbomachine est une turbomachine à double corps, et le compresseur est un compresseur haute pression. 3 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise, et d'autres détails, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : 5 la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'une turbomachine ; la figure 2 est une vue schématique en section axiale d'un disque aubagé d'un compresseur de la turbomachine de la figure 1, constituant une pièce selon un mode de réalisation préféré de l'invention ; la figure 3 est une vue schématique en coupe axiale d'une partie d'un tourillon 10 appartenant au disque aubagé de la figure 2; la figure 4 est une vue de dessus d'une partie du tourillon de la figure 3, illustrant un orifice de déshuilage formé dans le tourillon ; la figure 5 est un graphe montrant l'évolution de la contrainte de Von Mises ovm (en ordonnée) en fonction d'un rapport B/A de dimensions de l'orifice de déshuilage ; 15 - la figure 6 est un tableau consignant des paramètres d'essais ayant permis l'obtention du graphe de la figures. Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS 20 La figure 1 illustre une turbomachine 10 pour aéronef, comportant de manière générale une soufflante 12 destinée à l'aspiration d'un flux d'air se divisant en aval de la soufflante en un flux primaire circulant dans un canal d'écoulement de flux primaire, ci-après dénommé veine primaire PE, au sein d'un coeur de la turbomachine, et un flux secondaire contournant ce coeur dans un canal d'écoulement de flux secondaire, 25 ci-après dénommé veine secondaire SE. La turbomachine est par exemple du type à double flux et à double corps. Le coeur de la turbomachine comporte ainsi, de manière générale, un compresseur basse pression 14, un compresseur haute pression 16, une chambre de combustion 18, une turbine haute pression 20 et une turbine basse pression 22. 4 Les rotors respectifs du compresseur haute pression et de la turbine haute pression sont reliés par un arbre dit « arbre haute pression », tandis que les rotors respectifs du compresseur basse pression et de la turbine basse pression sont reliés par un arbre dit « arbre basse pression », d'une manière bien connue. 5 La turbomachine est carénée par une nacelle 24 entourant la veine secondaire SF. Par ailleurs, les rotors de la turbomachine sont montés rotatifs autour d'un axe longitudinal 28 de la turbomachine. Dans l'ensemble de cette description, la direction axiale X est la direction de l'axe longitudinal 28. La direction radiale R est en tout point une direction 10 orthogonale à l'axe longitudinal 28 et passant par ce dernier, et la direction circonférentielle ou tangentielle C est en tout point une direction orthogonale à la direction radiale R et à l'axe longitudinal 28. Les termes « interne » et « externe » font respectivement référence à une relative proximité, et un relatif éloignement, d'un élément par rapport à l'axe 28. Enfin, les directions « amont » et « aval » sont définies par 15 référence à la direction générale de l'écoulement des gaz dans les veines primaire PF et secondaire SF de la turbomachine, selon la direction axiale X. Le compresseur haute pression 16 comprend typiquement plusieurs étages successifs, comprenant chacun un aubage fixe, appelé redresseur, appartenant à un stator de la turbomachine, et un disque aubagé relié à l'arbre haute pression et 20 appartenant donc au rotor du compresseur haute pression 16. Le disque aubagé d'au moins un étage du compresseur haute pression 16 est de préférence un disque aubagé monobloc, également dénommé « DAM », ou encore « blisk » dans la terminologie anglo-saxonne. La figure 2 montre une partie radialement interne d'un tel disque 25 aubagé 30, et permet en particulier d'apercevoir un tourillon 32, c'est-à-dire une paroi annulaire s'étendant vers l'aval à partir d'un flanc aval 34 du disque aubagé 30, également visible en partie sur les figures 3 et 4. Le tourillon 32 comporte par exemple une portion cylindrique 36 dont une extrémité amont est reliée au flanc aval 34 du disque aubagé 30, et dont une extrémité aval est pourvue d'un rebord formant une bride annulaire 38. 5 La bride annulaire 38 comporte par exemple des orifices traversants 39 (figure 3) destinés au passage d'organes de fixation prévus pour relier la bride annulaire 38 à une autre partie du rotor du compresseur haute pression. Le tourillon 32 comporte, dans sa portion cylindrique 36, au moins un 5 orifice de déshuilage 40 (figures 2-4). Dans la terminologie plus générale de l'invention, le disque aubagé 30 constitue une pièce 50 pour rotor de turbomachine d'aéronef, et la portion cylindrique 36 du tourillon 32 constitue une paroi annulaire 52, centrée sur un axe de rotation 54 de la pièce, qui correspond à l'axe longitudinal 28 de la turbomachine. Les directions axiale X, 10 radiale R, et circonférentielle C, de la turbomachine, constituent donc respectivement des directions axiale, radiale, et circonférentielle, de la pièce 50. La pièce 50 peut néanmoins être un autre type de pièce de rotor de turbomachine, sans sortir du cadre de l'invention. Selon l'invention, l'orifice de déshuilage 40 présente un bord 42 à 15 section en forme d'ellipse (figure 4) définie par un grand axe 44 parallèle à la direction circonférentielle C, et un petit axe 46 inclus dans un plan P comprenant l'axe de rotation 54 de la pièce. La section considérée est bien entendu dans un plan orthogonal à un axe central 48 de l'orifice de déshuilage 40 (figures 2 et 4). 20 De plus, un rapport B/A, dans lequel B est la longueur du grand axe 44 de l'ellipse et A est la longueur du petit axe 46 de l'ellipse, est compris entre 1,45 et 1,75 inclus (figure 4). Les inventeurs ont en effet déterminé qu'une telle forme permet d'accroître considérablement la durée de vie de la paroi annulaire 52 dans laquelle est 25 formé l'orifice de déshuilage 40. Une telle amélioration se traduit notamment par une réduction de la contrainte de Von Mises, comme le montre la figure S. La figure S est un graphe montrant, pour une application particulière, l'évolution de la contrainte de Von Mises avm en mégapascal (en ordonnée) en fonction 30 du rapport B/A pour une série de onze essais pour différentes formes de l'orifice de 6 déshuilage (courbe 60), dont les paramètres principaux sont consignés dans le tableau de la figure 6, et pour une pièce de l'art antérieur comportant un orifice de déshuilage oblong (droite 62). Le tableau de la figure 6 comporte en outre une colonne dans laquelle sont consignées les valeurs de la différence I (en pourcents) entre le rapport RIA pour 5 chacun des onze essais et le rapport RIA pour la pièce de l'art antérieur. Dans un mode de réalisation préféré, l'orifice de déshuilage 40 présente une forme telle que le rapport B/A est égal à 1,58. À cet effet, l'orifice de déshuilage 40 présente avantageusement une forme telle que la longueur A du petit axe 46 est égale à 3 mm et la longueur B du grand 10 axe 44 est égale à 4,75 mm, dans le cas d'une paroi annulaire présentant un diamètre extérieur de 310,3 mm et une épaisseur de 3 mm environ à proximité de l'orifice de déshuilage 40. Dans ce cas, l'axe central 48 de l'orifice de déshuilage 40 est de préférence espace de la bride annulaire 38, d'une distance E égale à 12,45 mm (figure 3). 15 Par ailleurs, chaque orifice de déshuilage 40 fait en général l'objet d'un procédé dit « de cassage d'angle », consistant à usiner les arrêtes situées à l'intersection de l'orifice et, respectivement, des surfaces interne 52A et externe 52B (figure 2) de la paroi annulaire 52 dans laquelle est formé l'orifice. Un tel procédé a notamment pour but de limiter les phénomènes de concentration de contraintes aux bords de l'orifice de 20 déshuilage 40, et d'améliorer les caractéristiques aérodynamiques de l'écoulement d'air au travers de l'orifice et le long de la paroi annulaire 52. L'usinage consiste de préférence à former un chanfrein incliné par rapport à l'axe central 48 de l'orifice de déshuilage 40, REVENDICATIONS1. Pièce (50) pour rotor de turbomachine d'aéronef, comprenant une paroi annulaire (52) centrée sur un axe de rotation (54) de la pièce, ainsi qu'au moins un orifice de déshuilage (40) traversant la paroi annulaire (52) de part en part, la pièce étant caractérisée en ce que l'orifice de déshuilage (40) présente un bord (42) à section en forme d'ellipse définie par un grand axe (44) parallèle à une direction circonférentielle (C) de la pièce et un petit axe (46) inclus dans un plan (P) comprenant l'axe de rotation (54) de la pièce, et dans laquelle un rapport B/A, d'une longueur B du grand axe (44) de l'ellipse divisée par une longueur A du petit axe (46) de l'ellipse, est compris entre 1,45 et 1,75 inclus. 2. Pièce selon la revendication 1, dans laquelle le bord (42) présente des angles chanfreinés. 3. Pièce selon la revendication 1 ou 2, consistant en un disque (30) pour compresseur (16) de turbomachine (10) d'aéronef. 4. Pièce selon la revendication 3, le disque (30) étant un disque aubagé monobloc. 5. Compresseur (16) pour turbomachine (10) d'aéronef, comprenant au moins une pièce (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4. 6. Turbomachine (10) pour aéronef, comprenant au moins une pièce (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4. 7. Turbomachine (10) pour aéronef, comprenant au moins un compresseur (16) selon la revendication 5. 8 8. Turbomachine selon la revendication 7, la turbomachine étant une turbomachine à double corps, et ledit compresseur (16) étant un compresseur haute pression.