Brevet FR3079007A1 — publié le 20190920

ENSEMBLE POUR UNE SOUFFLANTE DOMAINE DE L'INVENTION ET ETAT DE LA TECHNIQUE La présente invention concerne le domaine des aubes et en particulier le domaine des aubes destinées aux turbomachines notamment de type aéronautique. Une turbomachine comprend classiquement un compresseur, une chambre de combustion et une turbine. Le rôle du compresseur est d'accroître la pression de l'air fournie à la chambre de combustion. Le rôle de la turbine est d'assurer l'entrainement en rotation du compresseur en prélevant une partie de l'énergie de pression des gaz chauds sortant de la chambre de combustion et en la transformant en énergie mécanique. Une turbomachine peut être du type « à double flux » c'est-à-dire qu'elle est traversée par deux flux d'air, un flux primaire et un flux secondaire. Le flux primaire est produit par des éléments constitutifs d'une turbomachine simple flux auxquels une ou plusieurs turbines supplémentaires sont ajoutées afin d'entraîner un étage de compression, la soufflante. Celle-ci est équipée d'aubes de grande dimension, les aubes de soufflante produisant le flux secondaire. La soufflante augmente faiblement la pression des gaz la traversant, mais comme son diamètre est grand, l'énergie produite pour la poussée est élevée. Une grille de redressement de flux est positionnée derrière la soufflante pour redresser le flux d'air provenant de la soufflante. La tendance actuelle concernant les moteurs d'aéronefs civils vise à réduire la consommation spécifique, la pollution sonore et les émissions d'oxydes d'azote (Nox). Une des solutions techniques adoptée par les motoristes, consiste à augmenter le taux de dilution entre le flux primaire et le flux secondaire. A ce titre, plusieurs architectures comme les moteurs UHBR (Ultra High Bypass Ratio) et les moteurs à doublets d'hélices non carénées (CROR : Counter Rotating Open-Rotor ou USF : Unducted Single Fan) sont envisagés en remplacement potentiel des turbomachines actuelles pour les vols moyens courriers. 2 Le diamètre de la soufflante se trouve alors largement augmenté. Afin d'assurer un gain de performance apporté par l'augmentation du taux de dilution et pour réduire la pénalité engendrée par la tramée du moteur et son poids, le nombre d'aubes est réduit pour gagner en masse. La distance entre la soufflante et la grille de 5 redressement de flux (dite OGV) tend également à réduire. Cette réduction du nombre d'aubes est néfaste pour l'acoustique puisque les fréquences associées à la soufflante sont plus faibles et les traitements conventionnels ne sont plus adaptés à moins d'augmenter leur épaisseur, ce qui cause des problèmes pour les intégrer. Par ailleurs, si la distance entre la soufflante et la grille de redressement 10 diminue, les sillages issus de la soufflante et impactant la grille de redressement sont plus intenses et cela engendre une augmentation du bruit de raie, raies qui signent sur les BPF (fréquences de passage des aubes). Il est connu du document FR 3 030 446, de modifier le diamètre d'une aube à l'autre afin de déphaser les sources acoustiques. Cependant, cette disposition est 15 particulièrement adaptée aux moteurs à doublet d'hélices non carénées, mais pénaliserait fortement l'aérodynamique et l'acoustique d'un moteur intégré dans une nacelle car les jeux entre la tête d'aube et le carter de la soufflante peuvent être important. Le document EP 1 980 753, qui est considéré comme l'état de la technique le 20 plus proche, propose une aube de soufflante présentant une unique partie inférieure présentant un profil aérodynamique et une partie supérieure présentant deux profils aérodynamiques. Cette structure d'aube permet de réduire le nombre d'aubes dans une soufflante tout en ayant des performances acoustiques satisfaisantes. Cependant, l'aube présentée dans ce document présente des problèmes de tenue 25 mécanique et de résistance aux efforts centrifuges exercés sur les profils de la partie supérieure de l'aube. De plus, lors de la maintenance, si une aube présente un défaut, il est nécessaire de la changer entièrement. Or, la géométrie spécifique de ces aubes les rend très couteuses. 3 PRESENTATION GENERALE DE L'INVENTION La présente invention a pour objectif de fournir un ensemble pour une soufflante qui permette de réduire le nombre d'aubes sur une soufflante et les émissions 5 acoustiques, tout en présentant des coûts de maintenance réduits et une tenue mécanique optimale. Selon un premier aspect, l'invention concerne un ensemble d'au moins une première aube de soufflante et d'une deuxième aube de soufflante. L'ensemble présente : une région aérodynamique inférieure et une région aérodynamique 10 supérieure, superposées selon une direction radiale. De plus, au niveau de la région aérodynamique inférieure la première aube et la deuxième aube coïncident de sorte à définir un unique profil aérodynamique. Au niveau de la région aérodynamique supérieure la première aube et la deuxième aube définissent deux profils aérodynamiques distincts. 15 D'une manière particulièrement avantageuse, l'ensemble permet de réduire le nombre d'aubes sur une soufflante, tout en réduisant les émissions acoustiques. En effet, c'est au niveau de la région aérodynamique supérieure que les sillages (qui peuvent ensuite impacter une grille de redressement de flux aval) sont les plus importants. Ainsi, la pluralité des profils aérodynamiques dans la région 20 aérodynamique supérieure permet de modifier l'énergie acoustique des raies associées à la bande de fréquence associée au nombre d'aubes et au régime de rotation de la soufflante (dite BPF). En effet, dans le cas présent, avec deux profils aérodynamiques distincts dans la région aérodynamique supérieure, l'énergie sur la BPF diminue pour être redistribuée sur des harmoniques multiples de 2*BPF. D'une 25 manière plus générale, l'ensemble permet qu'avec n profils aérodynamiques dans la région aérodynamique supérieure, l'énergie sur la BPF diminue pour être redistribuée sur des harmoniques multiples de n*BPF. En outre, la pluralité d'aubes permet de faciliter la maintenance de l'ensemble. En effet, en cas de dommages sur une aube, il est possible de la remplacer sans 30 avoir à remplacer tout l'ensemble. 4 La superposition, selon une direction longitudinale, des aubes, au niveau de la région aérodynamique inférieure, permet de garantir une tenue mécanique optimale. Ainsi, l'invention fournit un ensemble pour une soufflante qui permet de réduire le nombre d'aubes sur une soufflante et les émissions acoustiques, tout en 5 présentant des coûts de maintenance réduits et une tenue mécanique optimale. La première aube et la deuxième aube peuvent être chacune monobloc. Au niveau de la région aérodynamique inférieure, la première aube et la deuxième aube peuvent être fixées l'une à l'autre de manière amovible. Au niveau de la région aérodynamique inférieure, la première aube et la 10 deuxième aube peuvent être fixées l'une à l'autre par emboitement mutuel. Un bord d'attaque de la première aube peut définir un bord d'attaque de la région aérodynamique inférieure et un bord de fuite de la deuxième aube peut définir un bord de fuite de la région aérodynamique inférieure. La première aube peut présenter un bord de fuite qui coïncide avec un bord 15 d'attaque de la deuxième aube. Seulement le bord d'attaque de la région aérodynamique inférieure peut être au moins partiellement recouvert par un revêtement abradable. Au niveau de la région aérodynamique supérieure, la première aube et la deuxième aube peuvent coopérer de sorte à définir une géométrie sensiblement en 20 forme de U ou de V. Au niveau de la région aérodynamique supérieure, la première aube et la deuxième aube peuvent présenter des positions axiales sensiblement identiques. La première aube peut présenter une courbure longitudinale et la deuxième aube peut être sensiblement rectiligne longitudinalement, pour qu'au niveau de la 25 région aérodynamique supérieure, un bord de fuite de la première aube et un bord de fuite de la deuxième aube puissent présenter des positions axiales sensiblement identiques. L'ensemble peut comprendre n aubes superposées selon une direction radiale et emboitées selon une direction longitudinale, avec n>2. 30 Selon un autre aspect, l'invention porte sur une soufflante qui comprend une pluralité d'ensembles. 5 La soufflante présente un moyeu et la région aérodynamique inférieure de chaque ensemble peut être fixée au moyeu. Les régions aérodynamiques supérieures peuvent être espacées d'une distance curviligne constante. 5 Selon un autre aspect, l'invention porte sur une turbomachine qui peut comprendre au moins une soufflante et une grille de redressement juxtaposée à l'au moins une soufflante. Les ensembles de l'au moins une soufflante peuvent présenter chacun un bord de fuite situé à distance constante de la grille de redressement. 10 DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles : 15 - La figure 1 est une représentation schématique, en perspective d'un ensemble selon l'invention ; - La figure 2 est une vue de côté d'un ensemble selon l'invention ; - La figure 3 est une vue en coupe AA de l'ensemble de la figure 2; - La figure 4 est une vue en coupe BB de l'ensemble de la figure 2; 20 - La figure 5 est une représentation schématique d'un ensemble selon un premier mode de réalisation ; - La figure 6 est une représentation schématique d'un ensemble selon un deuxième mode de réalisation ; - La figure 7 est une représentation schématique d'un ensemble selon un 25 troisième mode de réalisation ; - La figure 8 est une représentation schématique, de face, d'une soufflante selon l'invention ; - La figure 9 est une représentation schématique, en perspective, d'une turbomachine comprenant une soufflante selon l'invention ; 30 - La figure 10 est une représentation schématique déroulée d'une soufflante selon l'invention et d'une grille de redressement ; 6 - La figure 11 est une représentation du spectre de raies acoustiques d'une turbomachine selon l'art antérieur ; - La figure 12 est une représentation du spectre de raies acoustiques d'une turbomachine selon l'invention. 5 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Ensemble En référence aux figures 1 à 7, selon les modes de réalisation ici présentés, 10 l'ensemble 1 comprend une première aube 2 de turbomachine 100 et d'une deuxième aube 4 de turbomachine 100. Tel que cela sera détaillé ultérieurement, l'ensemble 1 est destiné à être intégré dans une soufflante 50 d'une turbomachine 100. La turbomachine 100 s'étend suivant un axe longitudinal correspondant à l'axe de rotation X de la soufflante 50. 15 On comprendra que, aérodynamiquement, l'ensemble 1 correspond à une aube de forme complexe avec plusieurs branches, contrairement à l'art antérieur qui propose majoritairement des aubes unitaires avec un seul bord d'attaque et un seul bord de fuite. En outre, l'ensemble 1 présente : une région aérodynamique inférieure 7 et une 20 région aérodynamique supérieure 8, superposées selon une direction radiale Z sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation X. On précise, qu'au sens du présent document, lorsque l'ensemble 1 est intégré dans une soufflante 50, la région aérodynamique inférieure 7 désigne la région la plus proche de l'axe de rotation X de la soufflante 50, ce qui correspond à une région 25 radiale interne par rapport à la direction radiale Z. En sus, la région aérodynamique supérieure 8 désigne la région de l'ensemble 1 la plus éloignée de l'axe de rotation X de la soufflante 50, ce qui correspond à une région radiale externe par rapport à la direction radiale Z. . La première aube 2 présente un bord d'attaque 12 et un bord de fuite 14, et la 30 deuxième aube 4 présente un bord d'attaque 16 et un bord de fuite 18 7 Chaque aube 2 ou 4 présente une géométrie spécifique qui sera décrite ultérieurement. La première aube 2 et la deuxième aube 4 peuvent être chacune monobloc. De plus, chaque aube 2 ou 4 peut être réalisée, par exemple, en métal ou en matériau composite. 5 Au niveau de la région aérodynamique inférieure 7, la première aube 2 et la deuxième aube 4 peuvent être fixées l'une à l'autre par emboitement amovible. Ainsi, au niveau de la région aérodynamique inférieure 7, le bord de fuite 14 de la première aube 2 peut coïncider avec le bord d'attaque 16 de la deuxième aube 4, de sorte qu'ils puissent être emboités. 10 Cette disposition technique permet de solidariser efficacement les deux aubes 2 et 4 tout en permettant de les séparer aisément, si par exemple l'une des aubes 2 ou 4 est endommagée et nécessite d'être remplacée. Cette disposition technique est particulièrement avantageuse, car tel que cela sera présenté ci-après, l'ensemble 1 présente une géométrie complexe. Pouvoir 15 séparer les deux aubes 2 et 4, permet donc de remplacer une aube 2 ou 4 abimée, sans avoir à refabriquer un ensemble 1 complet (ce qui serait très onéreux). L'assemblage des deux aubes 2 et 4 est réalisé de telle sorte que le bord d'attaque 12 de la première aube 2 définit un bord d'attaque 20 de la région aérodynamique inférieure 7 et le bord de fuite 18 de la deuxième aube définit un bord 20 de fuite 22 de la région aérodynamique inférieure 7. Ainsi, lorsqu'elles sont assemblées, au niveau de la région aérodynamique inférieure 7, les deux aubes 2 et 4 définissent un unique profil aérodynamique cohérent avec un seul bord d'attaque 20 et un seul bord de fuite 22. Selon une disposition particulière, le bord d'attaque 12 de la première aube peut 25 être recouvert d'un revêtement abradable. Au niveau de la région aérodynamique supérieure 8 la première aube 2 et la deuxième aube 4 définissent deux profils aérodynamiques 24 différents. Selon un premier mode de réalisation présenté en figure 5 au niveau de la région aérodynamique supérieure 8, la première aube 2 et la deuxième aube 4 30 coopèrent de sorte à définir une géométrie sensiblement en V. 8 Selon un deuxième mode de réalisation présenté en figure 6 au niveau de la région aérodynamique supérieure 8, la première aube 2 et la deuxième aube 4 coopèrent de sorte à définir une géométrie sensiblement en U. Selon un troisième mode de réalisation présenté en figure 7 au niveau de la 5 région aérodynamique supérieure 8, la première aube 2 et la deuxième aube 4 coopèrent de sorte à définir sensiblement une géométrie courbe en forme de double cuillère. D'une manière générale, quel que soit le mode de réalisation, la première aube 2 peut présenter une courbure longitudinale et la deuxième aube 4 peut être 10 sensiblement rectiligne longitudinalement. Cette disposition permet qu'au niveau de la région aérodynamique supérieure 8, le bord de fuite 14 de la première aube 2 et le bord de fuite 18 de la deuxième aube 4 présentent des positions axiales sensiblement identiques, tel que cela est représenté sur la figure 10. Bien que cela ne soit pas représenté, il est possible d'avoir un ensemble 1 15 comprenant n aubes (avec n>2), emboitées les unes aux autres au niveau de la région aérodynamique inférieure 7 et définissant des profils aérodynamiques 24 différents au niveau de la région aérodynamique supérieure 8. Soufflante 20 Plusieurs ensembles 1 sont fixés à une soufflante 50. La soufflante 50 présente un moyeu 51 auquel sont fixés des ensembles 1. Selon le mode de réalisation ici présenté, La région aérodynamique inférieure 7 de chaque ensemble 1 peut être fixée dans une fente correspondante du moyeu 51. Ce mode de fixation permet à la 25 fois de garantir la bonne liaison de l'ensemble 1 à la soufflante 50, tout en permettant de démonter l'ensemble 1 (ou l'une de ses aubes 2 ou 4), si besoin. En référence à la figure 8, les régions aérodynamiques inférieures 7 de chaque ensemble 1 sont espacées d'une distance curviligne constante a. La distance curviligne constante a entre les régions aérodynamiques inférieures 7 est déterminée 30 comme suit : a = (R*2* /B avec R un rayon de la soufflante et B le nombre d'ensembles de la soufflante. 9 De même, les régions aérodynamiques supérieures 8 sont espacées d'une distance curviligne constante 13 = a /n avec n le nombre d'aubes d'un ensemble 1. La distance curviligne constante entre les parties supérieures est déterminée comme suit : 3= (R*2* 7) /(B*n) avec R un rayon de la soufflante et B le nombre d'ensembles 5 de la soufflante 50. Il en résulte que plus le nombre d'ensembles 1 augmente plus la distance curviligne entre les ensembles 1 réduit. Turbomachine 10 Comme représenté schématiquement sur la figure 9, la soufflante 50 peut être intégrée à une turbomachine 100 classique présentant un carénage 102. La turbomachine 100 comprend notamment une grille de redressement 101 juxtaposée à la soufflante 50. 15 En référence à la figure 10, il est remarquable que les bords de fuites 14 et 18 de chaque ensemble 1 sont situés à distance constante de la grille de redressement 101. Effet sur le spectre acoustique 20 D'une manière particulièrement avantageuse, lorsque la soufflante 50 est en rotation, au sein d'une turbomachine 100, la multiplicité des profils aérodynamiques 24 de la région aérodynamique supérieure 8 de chaque ensemble 1 permet de redistribuer une partie de l'énergie de la bande de fréquence associée au nombre 25 d'ensembles 1 sur des fréquences sensiblement égales k*n*B*RPM / 60. Avec, n le nombre de aubes par ensemble 1, B le nombre d'ensembles 1, k un nombre entier supérieur ou égal à 1 et RPM le nombre de rotations par minutes de la soufflante 50. De plus, l'alignement axial des bords de fuite 14 et 18 dans la région aérodynamique supérieure 8, ainsi que leur distance constante par rapport à la grille 30 de redressement 101, permet de garantir la réduction des émissions acoustiques. En outre, la distance curviligne constante 13 entre les régions aérodynamiques 10 supérieures 8 permet aussi, et de manière très avantageuse, de réduire les émissions acoustiques. On peut se référer aux figures 11 et 12 pour comparer les émissions acoustiques d'une turbomachine selon l'art antérieur, avec les émissions acoustiques 5 d'une turbomachine 100. Comme on peut le constater sur la figure 11, une turbomachine de l'art antérieur émet à niveau de décibels sensiblement constant sur la BPF ainsi que sur tous ses multiples. En revanche, comme on peut l'observer sur la figure 12, la turbomachine 100 10 émet un niveau de décibels réduit sur la BPF et ses harmoniques, alors qu'elle émet un plus haut niveau de décibels pour 2BPF et ses harmoniques. La fréquence 2BPF peut être atténuée avec des traitements conventionnels. Ainsi, l'invention propose un ensemble pour une soufflante qui permet de réduire le nombre d'aubes sur une soufflante et les émissions acoustiques, tout en 15 présentant des coûts de maintenance réduits et une tenue mécanique optimale. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus, ces modes de réalisation n'ayant été donnés qu'à titre d'exemples. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans pour autant 20 sortir du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS1. Ensemble (1) d'au moins une première aube (2) de soufflante (50) et d'une deuxième aube (4) de soufflante (50), l'ensemble (1) présentant : une région aérodynamique inférieure (7) et une région aérodynamique supérieure (8), superposées selon une direction radiale (Z), l'ensemble étant caractérisée en ce que : - au niveau de la région aérodynamique inférieure (7) la première aube (2) et la deuxième aube (4) coïncident de sorte à définir un unique profil aérodynamique, - au niveau de la région aérodynamique supérieure (8) la première aube (2) et la deuxième aube (4) définissent deux profils aérodynamiques (24) distincts. 2. Ensemble (1) selon la revendication 1, dans lequel la première aube (2) et la deuxième aube (4) sont chacune monobloc. 3. Ensemble (1) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel au niveau de la région aérodynamique inférieure (7), la première aube (2) et la deuxième aube (7) sont fixées l'une à l'autre de manière amovible. 4. Ensemble (1) selon la revendication 3, dans lequel au niveau de la région aérodynamique inférieure (7), la première aube (2) et la deuxième aube (4) sont fixées l'une à l'autre par emboitement mutuel. 5. Ensemble (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel un bord d'attaque (12) de la première aube (2) définit un bord d'attaque (20) de la région aérodynamique inférieure (7) et un bord de fuite (18) de la deuxième aube (4) définit un bord de fuite (22) de la région aérodynamique inférieure (7). 12 6. Ensemble (1) selon la revendication 5 dans lequel, la première aube (2) présente un bord de fuite (14) qui coïncide avec un bord d'attaque (16) de la deuxième aube (4). 5 7. Ensemble (1) selon la revendication 5, dans laquelle seulement le bord d'attaque (20) de la région aérodynamique inférieure (7) est au moins partiellement recouvert par un revêtement abradable. 10 8. Ensemble (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel, au niveau de la région aérodynamique supérieure (8), la première aube (2) et la deuxième aube (4) coopèrent de sorte à définir une géométrie sensiblement en forme un U ou un V. 15 9. Ensemble (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel, au niveau de la région aérodynamique supérieure, la première aube (2) et la deuxième aube (4) présentent des positions axiales sensiblement identiques. 20 10. Ensemble (1) selon la revendication 9, dans lequel la première aube (2) présente une courbure longitudinale et la deuxième aube (4) est sensiblement rectiligne longitudinalement, pour qu'au niveau de la région aérodynamique supérieure (8), un bord de fuite (14) de la première aube (2) et un bord de fuite (18) de la deuxième aube (4) présentent des 25 positions axiales sensiblement identiques. 11. Ensemble (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant n aubes superposées selon une direction radiale (Z) et emboitées selon une direction longitudinale (X), avec n>2. 30 13 12. Soufflante (50) pour une turbomachine (100), caractérisé en ce qu'elle comprend une pluralité d'ensembles (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11. 5 13.Soufflante (50) selon la revendication 12, présentant un moyeu (51) et dans laquelle la région aérodynamique inférieure (7) de chaque ensemble (1) est fixée au moyeu (51). 14. Soufflante (50) selon l'une quelconque des revendications 12 ou 13, dans 10 laquelle les extrémités des régions aérodynamiques supérieures (8) sont espacées d'une distance curviligne constante. 15.Turbomachine (100) qui comprend au moins une soufflante (50) selon 15 l'une quelconque des revendications 12 à 14, et une grille de redressement (101) juxtaposée à l'au moins une soufflante (50), les ensembles (1) de l'au moins une soufflante (50) présentant chacun un bord de fuite (14, 18) situé à distance constante de la grille de redressement (101). 20