Brevet FR3096074A1 — publié le 20201120

Description Titre de l'invention : Aube de turbomachine à bord de fuite ayant un refroidissement amélioré Domaine technique [0001] L'invention concerne une aube de moteur d'aéronef de type turbomachine, tel que par exemple un turboréacteur ou un turbopropulseur, et elle s'applique notamment à une aube de type haute pression. Technique antérieure [0002] Dans un tel moteur de type turboréacteur, repéré par 1 dans la figure 1, l'air est admis dans une manche d'entrée 2 pour traverser une soufflante comportant une série de pales rotatives 3 avant de se scinder en un flux primaire central et un flux secondaire entourant le flux primaire. [0003] Le flux primaire est comprimé par des compresseur basses pressions 4 et haute pression 5 avant d'atteindre une chambre de combustion 6, après quoi il se détend en traversant une turbine haute pression 7 et une turbine basse pression 8, avant d'être évacué en générant une poussée auxiliaire. Le flux secondaire est quant à lui propulsé directement par la soufflante pour générer une poussée principale. [0004] Chaque turbine 7, 8 comporte des séries d'aubes orientées radialement et régu- lièrement espacées autour d'un axe de rotation AX, un carter externe 9 entourant les aubes. [0005] Le refroidissement des aubes de turbines est assuré en faisant circuler dans chaque aube de l'air prélevé en amont de la chambre de combustion et admis en pied d'aube, cet air étant évacué par des perçages traversant les parois de ces aubes pour les refroidir, et par des fentes traversant leur bord de fuite pour le refroidir. [0006] D'une manière générale, il apparaît que le refroidissement du bord de fuite n'est pas toujours assez homogène, de sorte qu'il existe des points chauds dans certaines régions de ce bord de fuite, en particulier au voisinage du sommet de l'aube. [0007] Dans ce contexte, le but de l'invention est d'apporter une nouvelle conception d'aube ayant un refroidissement de son bord de fuite amélioré. Exposé de l'invention [0008] A cet effet, l'invention a pour objet une aube de turbine de turbomachine telle qu'un turboréacteur, comprenant un pied et une pale s'étendant depuis le pied jusqu'à un sommet, la pale comprenant une paroi d'intrados et une paroi d'extrados, réunies par un bord d'attaque et par un bord de fuite, cette aube comprenant un circuit de refroidissement incluant : [0009] - un conduit collectant de l'air en pied d'aube pour alimenter conjointement un canal 2 et une rampe qui s'étendent entre le pied et le sommet, le canal et la rampe étant séparés l'un de l'autre par une cloison, le canal étant raccordé à la rampe au niveau du sommet; [0010] - la rampe étant située en aval du canal et comportant une extrémité proche du pied qui est alimentée par le conduit, et une extrémité proche du sommet qui est alimentée par le canal, cette rampe alimentant en air des fentes de refroidissement réparties le long du bord de fuite entre le sommet et le pied ; [0011] et dans lequel la rampe est séparée du canal par une cloison s'étendant de la paroi d'intrados à la paroi d'extrados, cette cloison comprenant une première portion terminée par une extrémité proche du sommet, prolongée par une deuxième portion terminée par une extrémité proche du pied, et dans laquelle cette première portion a une forme incurvée comprenant une concavité orientée vers le bord de fuite. [0012] Grâce à la courbure de la cloison au voisinage du sommet, l'extrémité de cette cloison est rapprochée du bord de fuite, ce qui limite la recirculation dans la rampe de fluide provenant du canal. Le fluide apporté par le canal au niveau de la tête est ainsi évacué par les fentes du bord de fuite situées au niveau du sommet au lieu de recirculer vers les fentes situées à mi-hauteur du bord de fuite. [0013] L'invention concerne également une aube ainsi définie, dans laquelle la deuxième portion de la cloison a une forme incurvée présentant une convexité orientée vers les fentes du sommet du bord de fuite. [0014] L'invention concerne également une aube ainsi définie, dans laquelle la deuxième portion de la cloison présente un rayon de courbure supérieur au rayon de courbure de la première portion de cette cloison. [0015] L'invention concerne également une aube ainsi définie, comprenant un perturbateur de flux incurvé situé dans la rampe en vis-à-vis de la première portion de la cloison, et s'étendant depuis la paroi d'intrados jusqu'à la paroi d'extrados. [0016] L'invention concerne également une aube ainsi définie, dans laquelle le perturbateur est incurvé pour présenter une concavité orientée vers le bord de fuite. [0017] L'invention concerne également une aube ainsi définie, comprenant un autre per- turbateur de flux incurvé situé en vis-à-vis de la deuxième portion et s'étendant depuis la paroi d'intrados jusqu'à la paroi d'extrados. [0018] L'invention concerne également une aube ainsi définie, comprenant plusieurs autres perturbateurs de flux incurvés qui s'étendent depuis la paroi d'intrados jusqu'à la paroi d'extrados. [0019] L'invention concerne également une aube ainsi définie, comprenant des perturbateurs rectilignes sous forme de reliefs en saillie de la face interne de la paroi d'intrados et/ou d'extrados, ces perturbateurs s'étendant dans la rampe et/ou dans le canal. [0020] L'invention concerne également une turbine de turbomachine comprenant une aube 3 ainsi définie. [0021] L'invention concerne également une turbomachine comprenant une turbine ainsi définie. Brève description des dessins [0022] [fie.11 est une vue en coupe d'un turboréacteur connu ; [0023] [fig.21 est une vue externe en perspective d'une aube selon l'invention ; [0024] [fig.31 est une vue du circuit de refroidissement de l'aube selon l'invention représenté seul et vu depuis le côté intrados ; [0025] [fig.41 est une vue du circuit de refroidissement de l'aube selon l'invention représenté seul et vu depuis le côté extrados ; [0026] [fig.51 est une vue du circuit dc refroidissement de l'aube conformément à une variante de l'invention représenté seul et vu depuis le côté intrados ; [0027] [fig.6] est une vue du circuit dc refroidissement de l'aube conformément à une variante de l'invention représenté seul et vu depuis le côté extrados ; [0028] [fig.7] est une représentation schématique en vue depuis le côté intrados d'une première configuration de deux perturbateurs traversants dans la rampe de l'aube selon l' invention ; [0029] [fig.8] est une représentation schématique en vue depuis le côté intrados d'une deuxième configuration de deux perturbateurs traversants dans la rampe de l'aube selon l'invention ; [0030] [fig.9] est une représentation schématique en vue depuis le côté intrados d'une troisième configuration de deux perturbateurs traversants dans la rampe de l'aube selon l' invention ; [0031] [fig.10] est une représentation schématique en vue depuis le côté intrados d'une quatrième configuration de deux perturbateurs traversants dans la rampe de l'aube selon l'invention ; [0032] [fig.11] est une représentation schématique en vue depuis le côté intrados d'une cinquième configuration comprenant quatre perturbateurs traversants dans la rampe de l'aube selon l'invention. Description des modes de réalisation 100331 L'idée à la base de l'invention est de concevoir une aube dans laquelle la recir- culation d'air est réduite pour favoriser un meilleur refroidissement des zones critiques, notamment au niveau du sommet de l'aube. 100341 L'aube selon l'invention, repérée par 11 sur la figure 2, comprend un pied P de fixation à une alvéole d'un disque de turbine, et une pale 12 portée par ce pied P, avec une plateforme 13 raccordant le pied P à la pale 12. Cette aube 11 comporte des circuits internes de circulation d'air qui est admis par des embouchures situées à une face radialcment intérieure 14 du pied P. [0035] La pale 12 a une forme vrillée autour d'un axe d'envergure EV sensiblement perpen- diculaire à un axe AX de rotation du disque portant l'aube, qui est un axe longitudinal du moteur. Elle comprend un bord d'attaque 16 sensiblement parallèle à la direction d'envergure EV, situé à l'amont AM ou avant de l'aube, par rapport au sens de circulation des gaz dans la turbomachine. Elle comporte un bord de fuite 17 sensiblement parallèle au bord d'attaque 16 et espacé de celui-ci le long de l'axe AX pour être à l'aval AV ou arrière de l'aube. Elle comprend encore un sommet S sensiblement parallèle à la hase 18 et espacé de celle-ci selon la direction d'envergure EV. [0036] Les deux parois principales de cette aube sont sa paroi d'intrados 19, visible dans la figure 2, et sa paroi d'extrados 21, qui sont espacées l'une de l'autre latéralement c'est-à-dire selon une direction transverse qui est normale à l'axe EV et à l'axe AX, ces parois étant réunies au niveau du bord d'attaque 16, du bord de fuite 17, et du sommet S. [0037] Le bord de fuite 17 qui est effilé comporte une série de fentes de refroidissement 22 de faibles longueurs, s'étendant parallèlement à la direction d'envergure EV, en étant espacées et dans le prolongement les unes des autres, et situées à faible distance de l'arête terminale du bord de fuite. Chaque fente 22 traverse la paroi d'intrados pour souffler de l'air sur la face externe de cette paroi d'intrados vers le bord de fuite qui est pourvu de nervures externes canalisant cet air parallèlement à l'axe AX. [0038] Cette aube est une pièce monobloc issue de fonderie en un matériau métallique, elle est obtenue en utilisant un ensemble de noyaux pour délimiter ses conduits internes, ces noyaux étant retirés après coulée et refroidissement pal- exemple par attaque chimique. [0039] L'aube 11 comporte plusieurs circuits internes dont en particulier un circuit 23 dédié au refroidissement de son bord de fuite. Les figures 3 à 6 montrent la forme du noyau permettant de délimiter ce circuit 23 lors de la coulée de l'aube. Ces figures montrent ainsi une forme en relief, mais qui constitue aussi une représentation du circuit en soi. [0040] Comme visible sur la figure 3, le circuit 23 comporte un conduit 24 orienté selon la direction d'envergure EV et alimentant conjointement un canal 26 et une rampe 27 qui prolongent ce conduit 24 en s'étendant parallèlement l'un à l'autre selon la direction d'envergure EV, et à distance l'un de l'autre selon la direction longitudinale AX, la rampe 27 étant située en aval du canal 26. [0041] Comme visible sur la figure 3, le circuit 23 est terminé pal- une tête 25 proche du sommet S de l'aube, et au niveau de laquelle l'extrémité radiale du canal 26 est reliée à l'extrémité radiale de la rampe 27. La rampe 27 a ainsi l'une de ses extrémités alimentée par le conduit 24 et son extrémité radialement opposée alimentée par le canal 26. [0042] Le conduit 24 collecte de l'air au niveau d'une embouchure 28 située au niveau d'une face terminale du pied P de l'aube, c'est-à-dire sa face radialement intérieure 14. [0043] La rampe 27 est espacée du canal 26 selon la direction AX en étant séparée de celui- ci par une cloison de séparation 29. Cette cloison 29 s'étend latéralement de la face interne de la paroi d'intrados 19 à la face interne de la paroi d'extrados 21. Cette cloison 29 comporte une première portion 31 terminée par une extrémité proche de la tête 25 prolongée par une deuxième portion 32 terminée par une autre extrémité proche du pied P. Plus particulièrement, cette cloison 29 s'étend selon la direction d'envergure EV depuis une première extrémité 33 proche de la tête 25 et débutant la première portion 31, jusqu'à une deuxième extrémité 34 située au niveau de la hase 18 et terminant la deuxième portion 32. [0044] Dans les exemples des figures, la première extrémité 33 est proche de la tête 25, et deux fentes de refroidissement 22 sont situées selon la direction d'envergure entre cette première extrémité 33 et le sommet S c'est-à-dire en vis-à-vis de la tête 25 selon la direction axiale. [0045] Comme visible sur les figures 3 et 4, la première portion 31 a une forme incurvée de façon à être concave lorsque vue depuis AV, et la deuxième portion 32 a une forme incurvée, de façon à être convexe lorsque vue depuis l'aval AV. Ainsi lorsque le circuit 23 est vu depuis le côté intrados comme sur la figure 3, la cloison 29 a un profil en S, le S étant formé par deux courbures opposées. [0046] La première courbure, c'est-à-dire la courbure de la première portion 31 est plus forte que la deuxième courbure, c'est-à-dire la courbure de la deuxième portion 32 Ainsi, le rayon de la première courbure est inférieur au rayon de la deuxième courbure, et le centre Cl de la première courbure est situé en aval de la cloison 29 alors que le centre C2 de la deuxième courbure est situé en amont de la cloison 29. [0047] La première courbure de la cloison 29 permet de rapprocher la première extrémité du bord de fuite, de manière à limiter la recirculation d'air de refroidissement depuis le sommet du canal 26 vers la région centrale de la rampe 27. Ceci permet d'accroître de manière sensible le débit d'air à travers les deux ou trois fentes 22 en vis-à-vis de la tête 25, c'est-à-dire les plus proches du sommet S qui correspond à un point chaud du bord de fuite. Autrement dit, grâce à la première courbure, l'air provenant de l'extrémité supérieure du canal 26 est préférentiellement dirigé vers les fentes 22 proches du sommet, au lieu d'être dirigé vers les autres fentes 22. Le rayon de la première courbure de la cloison 29 set compris entre 8 et 50 mm [0048] La deuxième courbure, à savoir la courbure de la cloison 29 qui est la plus proche de la base 18 permet quant à elle de rapprocher la deuxième extrémité 34 de l'amont AM, de façon à ajuster au besoin le rapport des sections d'admission d'air du canal 26 et de la rampe 27, cet air étant fourni par le conduit 24. Cette deuxième courbure permet 6 ainsi d'accroître sensiblement la section d'admission de la rampe 27 et de réduire sensiblement la section d'admission du canal 26. Ceci permet d'ajuster le débit dans le canal 26 et dans la rampe 27 au mieux pour équilibrer le refroidissement des fentes 22 les plus proches du sommet S par rapport aux autres fentes 22. Le rayon de la deuxième courbure de la cloison 29 est sensiblement supérieur à celui de la première courbure. Par exemple, le rayon de la deuxième courbure est 5 à 20 fois plus grand que celui de la première courbure. [0049] En variante, et comme représenté sur les figures 5 et 6, l'aube selon l'invention comporte en outre un perturbateur d'écoulement incurvé et traversant qui est situé dans la rampe 27. [0050] Cc perturbateur incurvé, repéré par 36, est une cloison située dans la rampe 27 en vis- à-vis de la première portion 31 et qui s'étend latéralement depuis la paroi d'intrados 19 jusqu'à la paroi d'extrados 21, et ayant une forme incurvée de façon à être concave lorsque vue depuis l'aval AV. Ce perturbateur est situé dans la rampe 27 en vis-à-vis de la première portion de la cloison 29, c'est-à-dire qu'il est situé dans la moitié de la rampe 27 la plus proche du sommet S. [0051] Cc perturbateur 36 présente un rayon de courbure inférieur au rayon de courbure de la première portion de la cloison 29. Lc rayon de courbure du perturbateur 36 est par exemple compris entre 1 et 10 mm. En général, le rayon de courbure du perturbateur 36 est 1 à 5 fois plus petit que celui de la première portion de la cloison 29. Il forme localement dans la rampe 27 un passage amont longeant la cloison 29 et un passage aval longeant les fentes 22. [0052] De par sa position relativement proche du sommet S, ce perturbateur 36 permet d'orienter une partie de l'air circulant dans la rampe 27 le long de la cloison 29 pour accroître le débit d'air destiné à refroidir les fentes 22 en vis-à-vis de la tête 25, afin d'améliorer le refroidissement du bord de fuite dans cette partie. [0053] De par sa forme incurvée, ce perturbateur génère des turbulences de l'écoulement qui augmentent l'échange thermique entre les parois et cloisons de l'aube et l'air de refroidissement véhiculé par la rampe 27, ce qui permet encore d'améliorer le refroidissement de l'aube au voisinage de son sommet et de son bord de fuite. Cet effet est encore accru par la présence même du perturbateur 36 dans la rampe 27, qui tend à diminuer localement la section de passage du fluide pour accroître sa vitesse, et par là-même augmenter l'efficacité de l'échange thermique. [0054] Avantageusement un autre perturbateur de flux incurvé 37 du même type que le per- turbateur 36 peut être ajouté dans la rampe 27, en vis-à-vis de la deuxième portion 32 de la cloison 29, de façon à améliorer les échanges thermiques dans la rampe 27 au voisinage du bord de fuite, pour rendre plus homogène le refroidissement entre les fentes 22 les plus proches du sommet, et les autres fentes. 7 [0055] Plusieurs configurations peuvent être envisagées, comme représenté schéma- tiquement sur les figures 7 à 10 qui illustrent quatre agencements de l'autre perturbateur 37 implanté dans la rampe 27. Dans le cas des figures 7 à 9, cet autre perturbateur 37 est incurvé de façon à être concave lorsque vu depuis l'amont AM, et il présente une orientation globale par rapport à la direction EV qui est différente dans ces trois configurations. Dans le cas de la figure 10, cet autre perturbateur 37 est incurvé en ayant une orientation inverse de celle du perturbateur 36, c'est-à-dire en étant concave lorsque vu depuis l'aval AV. [0056] Dans certains cas, le perturbateur 37 peut être de taille différente du perturbateur 36, par exemple de 1 à 3 fois plus petit. Ainsi, dans l'exemple de la figure 11, on prévoit trois autres perturbateurs 37 qui sont incurvés en ayant une concavité tournée vers le bord de fuite. Comme visible sur les figures 7 à 10 les perturbateurs 37 sont situés entre le perturbateur 36 et le bord de fuite selon l'axe AX. [0057] Par ailleurs, afin d'améliorer encore les échanges thermiques, les différents circuits de l'aube selon l'invention peuvent comporter des perturbateurs de flux sous forme de reliefs rectilignes formés à la face interne de la paroi d'intrados et de la paroi d'extrados, dans le canal 26 et dans la rampe 27. Ces perturbateurs sont repérés par 38 sur les figures. 8 REVENDICATIONS[Revendication 1] Aube de turbine de turbomachine telle qu'un turboréacteur, comprenant un pied (P) et une pale (12) s'étendant depuis le pied (P) jusqu'à un sommet (S), la pale (12) comprenant une paroi d'intrados (19) et une paroi d'extrados (21), réunies par un bord d'attaque (16) et par un bord de fuite (17), cette aube (11) comprenant un circuit (23) de refroidissement incluant : - un conduit (24) collectant de Fair en pied d'aube pour alimenter conjointement un canal (26) et une rampe (27) qui s'étendent entre le pied (P) et le sommet (S), le canal (26) et la rampe (27) étant séparés l'un de l'autre par une cloison (29), le canal (26) étant raccordé à la rampe (27) au niveau du sommet (S); - la rampe (27) étant située en aval du canal (26) et comportant une extrémité proche du pied (P) qui est alimentée par le conduit (24), et une extrémité proche du sommet (S) qui est alimentée par le canal (26), cette rampe (27) alimentant en air des fentes de refroidissement (22) réparties le long du bord de fuite (17) entre le sommet (S) et le pied (P) ; et dans lequel la rampe (27) est séparée du canal (26) par une cloison (29) s'étendant de la paroi d'intrados (19) à la paroi d'extrados (21), cette cloison comprenant une première portion (31) terminée par une extrémité proche du sommet (S), cette première portion étant prolongée par une deuxième portion (32) terminée par une extrémité proche du pied (P), et dans laquelle cette première portion a une forme incurvée comprenant une concavité orientée vers le bord de fuite (17). [Revendication 2] Aube selon la revendication 1, dans laquelle la deuxième portion (32) de la cloison (29) a une forme incurvée présentant une convexité orientée vers les fentes (22) du sommet du bord de fuite (17). [Revendication 3] Aube selon la revendication 2, dans laquelle la deuxième portion (32) de la cloison (29) présente un rayon de courbure supérieur au rayon de courbure de la première portion (31) de cette cloison (29). [Revendication 4] Aube selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant un perturbateur de flux incurvé (36) situé dans la rampe (27) en vis-à-vis de la première portion (31) de la cloison (29), et s'étendant depuis la paroi d'intrados (19) jusqu'à la paroi d'extrados (21). [Revendication 5] Aube selon la revendication 4, dans laquelle le perturbateur (36) est incurvé pour présenter une concavité orientée vers le bord de fuite (17). [Revendication 6] Aube selon la revendication 4, comprenant un autre perturbateur de flux 9 [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] incurvé (37) situé en vis-à-vis de la deuxième portion (32) et s'étendant depuis la paroi d'intrados (19) jusqu'à la paroi d'extrados (21). Auhe selon la revendication 4, comprenant plusieurs autres perturbateurs de flux incurvés (37) qui s'étendent depuis la paroi d'intrados (19) jusqu'à la paroi d'extrados (21). Auhe selon l'une des revendications précédentes, comprenant des perturbateurs rectilignes (38) sous forme de reliefs en saillie de la face interne de la paroi d'intrados et/ou d'extrados, ces perturbateurs s'étendant dans la rampe (27) et/ou dans le canal (26). Turbine de turbomachine comprenant une aube selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. Turbomachine comprenant une turbine selon la revendication précédente.