Brevet FR3078101A1 — publié le 20190823

TURBOMACHINE A BEC DE SEPARATION DE FLUX A PROFIL EN SERRATIONS L'invention concerne le domaine de la gestion aéro-acoustique 5 d'aubes fixes 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 aubes directrices de sortie OGV (outlet 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 10 une aube fixe, à l'inverse des aubes en rotation. Un exemple sera donné pour une turbomachine double flux avec une soufflante (avant) et un redresseur disposé en veine secondaire. Dans un certain nombre de moteurs turbofans, dont notamment les turboréacteurs Ultra-High Bypass Ratio (UHBR; configuration de moteur à 15 soufflante carénée à très haut taux de dilution, au-delà de 15), il est envisagé d'augmenter le diamètre de la soufflante et de réduire la longueur de la nacelle par laquelle la turbomachine est suspendue à l'aéronef, diminuant ainsi la distance entre la soufflante et les aubes directrices d'entrée IGV (Inlet Guide Vanes), les OGV et le bec. Dans ce type de moteur, l'interaction du sillage de 20 la soufflante avec les IGV, les OGV et le bec est une des sources de bruit à large bande dominante. En conséquence, des nouvelles solutions techniques doivent être analysées pour maintenir et réduire les niveaux acoustiques actuels. Est ainsi concernée par l'invention une turbomachine à soufflante 25 (avant) et qui présente un axe général (X) autour duquel peut tourner la soufflante, la turbomachine comportant: - une paroi annulaire de séparation pourvue d'un bec, pour la séparation d'un flux d'air, en aval de la soufflante, entre un flux primaire (Fp) et un flux secondaire (Fs), le bec présentant un bord d'attaque, 30 - des premières aubes (IGV) fixes de guidage du flux primaire, - des secondes aubes (OGV) fixes de guidage du flux secondaire. 2 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 supposée prédominante sur le bruit total généré par la turbomachine, voire par l'aéronef selon les régimes de fonctionnements. Dans ce contexte, pour au moins limiter tout ou partie des problèmes ci-avant mentionnés, il est proposé que le bord d'attaque du bec de ladite paroi annulaire de séparation présente un profil à serrations présentant une succession de dents et de creux. En d'autres termes, il est proposé ici d'utiliser un bec à bord d'attaque ondulé pour réduire le bruit d'interaction entre le sillage des aubes de la soufflante et le bec. Il est à ce sujet à noter que la distance axiale entre le bec et le bord de fuite des aubes de la soufflante est relativement courte, et que donc le bec peut être est exposé à des niveaux de turbulence d'air plus élevés que ceux perçus par les OGVs et IGVs. Pour les profils aérodynamiques à bord d'attaque à serrations, c'est- à-dire ondulé, quelle que soit la forme de ces ondulations (voir ci-après), le bruit d'interaction avec un écoulement turbulent est en particulier produit au niveau des creux des ondulations, là où les fluctuations de pression sont plus intenses. Un but corollaire est donc d'optimiser la géométrie des ondulations pour réduire le bruit rayonné par un bec à bord d'attaque ondulé en minimisant la corrélation entre les sources de bruit et le fond des creux. Pour réduire cette corrélation, tout ou partie de trois critères ont été considérés comme à prendre en considération, pour définir les ondulations, lesquelles pourraient être de type sinusoïdal ou triangulaire, entre autres. Plus précisément, il est proposé d'alors considérer un profil à serrations présentant des ondulations: - qui définissent : -- suivant une direction d'allongement du bord d'attaque, une géométrie élémentaire qui se répète (profil obéissant donc à une loi périodique), deux ondulations identiques de deux géométries élémentaires successives 3 suivant ladite direction présentant entre elles, suivant cette direction, une distance, À (en m), -- et une amplitude maximale, h (en m), perpendiculairement à ladite direction, et 5 - qui obéissent à l'un au moins des critères a), b), c) suivants : a) l'amplitude maximale est dimensionnée en respectant la relation : à 40% près, dans la formule : avec : 10 u'i (en m/s) qui est la vitesse du flux d'air dans la direction i, entre la soufflante et les premières aubes (5, IGV), - r qui est la distance (en m) entre deux points du sillage - de la soufflante -, dans la direction k, qui est l'échelle intégrale du flux d'air généré par la soufflante : 15 --- dans (parallèlement à) l'axe général de la turbomachine ( axe X figure 2), ou --- dans la direction d'une corde du profil (si une telle corde existe ; cf. repère 40 figure 3), b) : la périodicité où l'espacement entre deux dents consécutives respecte la 20 relation suivante : e e, où e correspond à la largeur du sillage - flux d'air 38 généré par la soufflante - en aval d'une aube 140, sensiblement dans sa continuité (voir figure 13). Cette largeur locale du sillage est calculée au point où l'on retrouve la moitié de l'énergie cinétique turbulente 5 maximale, Km', dans le sillage de cette aube, au bord d'attaque 164 du bec 16, comme le montre la figure 12. La valeur e peut être estimée à partir de données d'essais ou à partir du critère e =122) 10,21 à 40% près. Les échelles intégrales de la turbulence peuvent aussi être estimées à partir de calculs de dynamique des fluides (Computational Fluid Dynamics - CFD). 10 Ensuite, il est proposé d'appliquer en outre une autre condition pour prendre en compte l'espacement ou distance c/ entre deux aubes de la soufflante 140 circonférentiellement consécutives au bord d'attaque 164 du bec 16; cf. figure 13. Le but est d'éviter un rayonnement acoustique maximal de plusieurs creux 32 dû à l'impact du sillage de plusieurs aubes 140 de la 15 soufflante, simultanément. La réduction de bruit devrait être moins efficace si le nombre d'aubes est égal au nombre des creux qui rayonnent le maximum de bruit. Aussi est-il proposé comme autre condition, pour la périodicité où l'espacement entre deux dents 30 consécutives, que : 20 e REVENDICATIONS1. Turbomachine à soufflante avant (14) et présentant un axe général (X) autour duquel peut tourner la soufflante avant, la turbomachine comportant: - une paroi (160) annulaire de séparation pourvue d'un bec (16), pour la séparation d'un flux d'air, en aval de la soufflante, entre un flux primaire et un flux secondaire, le bec (16) présentant un bord d'attaque, - des premières aubes (24, IGV) fixes de guidage du flux primaire (Fp), - des secondes aubes (26, OGV) fixes de guidage du flux secondaire (Fs), caractérisé en ce que le bord d'attaque du bec (16) de la paroi (160) annulaire de séparation présente un profil (28) à serrations présentant une succession de dents (30) et de creux (32). 2. Turbomachine selon la revendication 1, dans laquelle le profil (28) à serrations présente des ondulations: - qui définissent : -- suivant une direction (L) d'allongement du bord d'attaque, une géométrie élémentaire qui se répète, deux ondulations identiques de deux géométries élémentaires (34,36) successives suivant ladite direction (L) présentant entre elles, suivant cette direction, une distance, À, -- et une amplitude maximale, h, perpendiculairement à ladite direction, et - qui obéissent à l'un au moins des critères a), b), c) suivants : a) l'amplitude maximale est dimensionnée en respectant la relation : à 40% près, dans la formule : avec : - u'i qui est la vitesse du flux d'air (38) dans la direction i et entre la soufflante et les premières aubes (24, IGV), 18 r qui est la distance entre deux points du sillage de la soufflante dans la direction k, qui est l'échelle intégrale du flux d'air (38) généré par la soufflante dans la direction d'une corde (40) du profil, ou parallèlement à l'axe 5 général (X) de la turbomachine, b) : la périodicité où l'espacement entre deux dents (30) consécutives respecte la relation suivante : e 3. Turbomachine selon l'une des revendications précédentes dans laquelle, autour dudit axe général (X), certains au moins desdits creux (32) du profil (28) à serrations sont décalés angulairement par rapport à la position angulaire des premières aubes (24, IGV), de telle sorte que lesdits certains au moins des creux (32) soient angulairement interposés entre deux premières 25 aubes (24, IGV) circonférentiellement successives. 4. Turbomachine selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les dents (30) du profil à serrations présentent chacune un sommet (31) et sont individuellement non symétriques axialement par rapport à une parallèle (X'1 ,X'2) audit axe général (X) autour duquel s'étend ladite paroi 19 (160) annulaire de séparation, ladite parallèle passant par le sommet (31) de la dent (30) considérée. 5. Turbomachine selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle : 5 - la soufflante avant (14) est adaptée à tourner dans un sens prédéterminé (Y) autour dudit axe général (X), de sorte que le flux d'air (38) en aval de la soufflante soit globalement orienté obliquement par rapport audit axe général (X), et - les dents (30) sont, circonférentiellement autour dudit axe général (X), 10 inclinées vers l'orientation globalement oblique (angle a) du flux d'air en aval de la soufflante, pour lui faire globalement face. 6. Turbomachine selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle : - les premières aubes (24, IGV) présentent individuellement une ligne (240) de 15 cambrure moyenne, et - les dents (30) sont, circonférentiellement autour dudit axe général (X), orientées globalement dans la direction d'une tangente (42) à la ligne de cambrure moyenne desdites premières aubes (24, IGV), au niveau de leurs bords d'attaque (25), ladite tangente formant un angle (e) non nul par rapport 20 à la direction de l'axe général (X) de la turbomachine. 7. Turbomachine selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle, dans la direction dudit axe général (X), les fonds des creux (320) du profil (28) à serrations appartiennent au moins pour certains à une première surface (Y1 ,Y2) transversale audit axe général (X) positionnée plus en aval ou 25 plus en amont qu'une seconde surface (Y'1,Y'2) transversale audit axe général (X) à laquelle appartiennent au moins certains des bords d'attaque (25) des premières aubes (24, IGV). 8. Turbomachine selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les dents (30) et creux (32) du profil à serrations présentent individuellement une forme ondulée, avec des sommets (31) arrondis ou pointus. 20 9. Turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle les dents (30) et creux (32) du profil à serrations présentent individuellement une forme à parois latérales (300) localement rectilignes. 10. Turbomachine selon l'une des revendications précédentes, 5 caractérisée en ce qu'elle est adaptée à propulser un aéronef (100).