Brevet FR3088963A1 — publié le 20200529

Description Titre de l'invention : Ecope de turbomachine de type affleurant et turbomachine équipée d'une telle écope. Domaine technique [0001] Le présent exposé concerne une écope de turbomachine, et une turbomachine équipée d'une telle écope. [0002] Le terme « turbomachine » désigne l'ensemble des appareils à turbine à gaz produisant une énergie motrice, parmi lesquels on distingue notamment les turboréacteurs fournissant une poussée nécessaire à la propulsion par réaction à l'éjection à grande vitesse de gaz chauds, et les turbomoteurs dans lesquels l'énergie motrice est fournie par la rotation d'un arbre moteur. Par exemple, des turbomoteurs sont utilisés comme moteur pour des hélicoptères, des navires, des trains, ou encore comme moteur industriel. Les turbopropulseurs (turbomoteur entrainant une hélice) sont également des turbomoteurs utilisés comme moteur d'avion. Technique antérieure [0003] On connait des écopes de turbomachine de type affleurant avec ou sans ailettes. Les écopes de type affleurant sans ailette présentent généralement un encombrement important, ce qui n'est pas toujours adapté. Les écopes de type affleurant avec ailettes peuvent présenter un encombrement plus réduit, mais sont généralement moins efficaces pour le prélèvement d'air. Il existe donc un besoin pour une écope à faible encombrement et efficace pour le prélèvement d'air. Exposé de l'invention [0004] Un mode de réalisation concerne une écope de turbomachine de type affleurant. comprenant un cadre portant des ailettes (i.e. une pluralité d'ailettes). chaque ailette présentant un bord amont (ou bord d'attaque). un bord aval (ou bord de fuite), et deux bords latéraux s'étendant entre le bord amont et le bord aval, dans laquelle au moins un des bords latéraux d'au moins une ailette est libre. [0005] Dans la présente demande, l'amont et l'aval sont définis par rapport au sens d'écoulement normal du fluide (de l'amont vers l'aval) au sein de l'écope. [0006] On comprend que le fluide, en général de l'air, s'écoule au sein de l'écope. depuis le bord amont des ailettes vers le bord aval des ailettes. Les bords latéraux sont les bords des ailettes qui s'étendent sensiblement parallèlement à la direction d'écoulement du fluide, entre le bord amont et le bord aval. Ainsi, chaque ailette présente deux bord opposés selon la direction d'écoulement du fluide, à savoir les bords amont et aval, et deux bords opposés selon une direction transversale à l'écoulement du fluide, à savoir les bords latéraux. 2 [0007] Par « bord latéral libre » on entend que le bord latéral n'est en contact avec aucun élément. Au moins une ailette présente un seul de ses deux bords latéraux libre ou bien ses deux bords latéraux libres. Plusieurs ailettes, voire toutes les ailettes peuvent présenter un seul de leurs deux bords latéraux libre ou bien leurs deux bords latéraux libres. [0008] En laissant un bord latéral libre, un vortex est créé au voisinage de ce bord latéral libre, lors de l'écoulement du fluide. Ce vortex crée une perturbation dans l'écoulement du fluide au voisinage de l'écope, qui améliore l'efficacité d'aspiration de fluide de l'écope. En effet, le vortex permet d'aspirer du fluide à l'extérieur de l'écope tandis que le vortex est lui-même aspiré au sein de l'écope via l'ailette suivante adjacente. Ainsi, une telle écope à ailettes présente un encombrement réduit et une efficacité d'aspiration améliorée par rapport aux écopes de type affleurant à ailettes dc l'état de la technique. [0009] Dans certains modes de réalisation, les deux bords latéraux de chaque ailette sont libres. [0010] Grâce à cette configuration, on s'assure dc générer un maximum de vortex en fonc- tionnement, grâce à quoi l'efficacité d'aspiration de l'écope est accrue. [0011] Dans certains modes de réalisation, les ailettes sont portées par le cadre via un support disposé entre les deux bords latéraux de chaque ailette. [0012] Par exemple, le support est une tige s'étendant entre un bord amont et un bord aval du cadre, chaque ailette étant fixée sur la tige par des moyens connus par ailleurs. Une telle configuration permet d'assurer un maintien approprié des ailettes tout en permettant de générer un maximum de vortex. [0013] Dans certains modes de réalisation, le support est équidistant de chacun des deux bords latéraux de chaque ailette. [0014] En d'autres termes, le support est disposé au milieu des ailettes selon la direction s'étendant entre les deux bords latéraux de chaque ailette. Une telle configuration est simple à réaliser, permet d'obtenir un flux équilibré et symétrique au travers de l'écope, et permet de faciliter les possibilités de montage de l'écope au sein de la turbomachine. [0015] Dans certains modes de réalisation, le jeu entre le bord latéral libre de chaque ailette et le cadre est compris entre 1% (un pourcent) et 30% (trente pourcent) de la longueur de chaque ailette entre ses deux bords latéraux. [0016] Au sens du présent exposé, la longueur d'une ailette entre ses deux bords latéraux correspond à la distance moyenne entre les bords latéraux d'une ailette. On comprend que le jeu est l'espace libre entre le bord latéral libre d'une ailette et le cadre. Les inventeurs ont constaté que de très bonnes efficacités d'aspirations étaient obtenues avec de tels ratios. 3 100171 Dans certains modes de réalisation, le cadre présente un bord amont présentant une saillie formant perturbateur de flux. [0018] Un tel perturbateur permet de perturber le flux au voisinage amont de l'écope, grâce à quoi l'efficacité d'aspiration de l'écope est améliorée. [0019] Un mode de réalisation concerne également une turbomachine comprenant une écope selon l'un quelconque des modes de réalisation décrits dans le présent exposé. [0020] L'objet du présent exposé et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées. Brève description des dessins [0021] [fig.1] La figure 1 représente une turbomachine équipée d'une écope. [0022] [fig.2] La figure 2 représente l'écope de la figure 1, vue en perspective. [0023] [fig.3] La figure 3 représente une vue en coupe selon la plan III de la figure 2. Description des modes de réalisation [0024] La figure 1 représente une turbomachine 100, dans cet exemple un turboréacteur, équipé d'une écope 10. Cette écope 10 permet de prélever de l'air circulant dans la veine secondaire des gaz du turboréacteur 100, pour l'injecter au sein du carter délimitant la veine primaire des gaz du turboréacteur 100. 100251 L'écope 10 va maintenant être décrite plus en détail en référence aux figures 2 et 3. 100261 L'écope 10 présente un cadre 12 et une pluralité d'ailettes 14 portées par le cadre 12. Dans cet exemple il y a cinq ailettes 14, mais il peut y en avoir plus ou moins de cinq. 100271 Dans cet exemple le cadre 12 présente une forme rectangulaire, et présente un bord amont 12A, un bord aval 12B et deux bords latéraux 12C s'étendant entre les bords amont 12A et aval 12C. Comme cela est représenté sur la figure 3, en fonctionnement, le flux de fluide F s'écoule depuis le bord amont 12A vers le bord aval 12B. Le bord amont 12A présente dans cet exemple deux saillies 13 formant chacune un perturbateur de flux. Selon une variante, des saillies formant perturbateur de flux pourraient être formées sur le carter du turboréacteur 100, en amont de l'écope 10, en remplacement ou en complément des saillies 13. 100281 Dans cet exemple, chaque ailette 14 présente un forme sensiblement rectangulaire délimitée par un bord amont 14A (ou bord d'attaque), un bord aval 14B (ou bord de fuite) et deux bords latéraux 14C. Comme cela est visible sur la figure 3, les bords amont et aval 14A et 14B s'étendent perpendiculairement au flux F de fluide tandis que les bords latéraux 14C s'étendent parallèlement au flux F, au sein de l'écope 10. En d'autres termes, chaque ailette 14 présente deux bord opposés selon la direction du flux F, à savoir les bords amont et aval 14A et 14B, et deux bords opposés selon une direction transversale au flux F, à savoir les bords latéraux 14C. Dans cet exemple, les bords amont 14A et aval 14B des ailettes 14 sont parallèles aux bords amont et aval 12A et 12B du cadre 12 tandis que les bords latéraux 14C des ailettes 14 sont parallèles au bord latéraux 12C du cadre 12. [0029] Les deux bords latéraux 14C de chaque ailette 14 sont libres, c'est-à-dire qu'ils ne contactent pas le cadre 12. En d'autres termes, les bords 14C sont distants du cadre 12. Un jeu J est ainsi ménagé entre chaque bord latéral 14C de chaque ailette et un bord latéral 12C en regard du cadre 12. Dans cet exemple, le jeu J est le même entre le cadre 12, et chaque bord latéral 14C d'une même ailette 14. Selon une variante, ces jeux pourraient être différents. Dans cet exemple, le jeu J est égal à 2% de la longueur L de l'ailette 14 entre les deux bords latéraux 14C (on note que la figure 2 n'est pas à l'échelle pour améliorer la compréhension et la visibilité du jeu J). [0030] Les ailettes 14 sont portées par le cadre 12 via un support 16, dans cet exemple une unique tige, qui s'étend entre le bord amont 12A et le bord aval 12B du cadre 12. Cette tige 16 est disposée au milieu des ailettes 14, entre les deux bords latéraux 14C, selon la direction transverse au flux F. En d'autres termes, la tige 16 est équidistante de chacun des deux bords latéraux 14C de chaque ailette 14. La tige 16 est au milieu des bords amont et aval 12A et 12B du cadre 12, selon la direction transverse au flux F. [0031] Le fonctionnement de l'écope 10 va maintenant être décrit en référence à la figure 3. Lorsque le flux F s'écoule le long de chaque ailette 14, entre le boni amont 14A et le bord aval 14B, le déséquilibre de pression entre chaque côté de l'ailette, à savoir entre l'intrados et l'extrados, génère au voisine des bords latéraux libres 14C un vortex V, ou tourbillon marginal, comme cela est représenté sur la figure 3. Ce vortex V est ensuite aspiré sous l'ailette 14 suivante. Les vortex V perturbent la couche limite du flux F l'extérieur de l'écope 10, ce qui améliore la capacité d'aspiration de l'écope 10. [0032] Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des modes de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif [0033] En particulier, le profil aérodynamique de chaque ailette, le nombre d'ailettes, le nombre de bords libres de chaque ailette, les dimensions de chaque ailette, leur masse, leur matériau, leur position de fixation avec le support, le jeu J et la présence/ nombre/forme de saillies peuvent être ajustés en fonction des contraintes de conception (performances aérodynamiques, résistance mécanique, fréquence de résonnance, etc.). 6