Brevet FR3107721A1 — publié le 20210903

La présente invention concerne notamment de redresseur de turbomachine, de hauteur H s'étendant entre un pied de pale (40) et une tête de pale (41), caractérisée par le fait qu'elle présente un évidement interne (42) qui est délimité par deux parois (43, 44) lesquelles se rejoignent respectivement au bord d'attaque et au bord de fuite de ladite pale (4) pour y former des régions pleines opposées et en regard l'une de l'autre (45, 46), et que l'épaisseur desdites régions pleines (45, 46), mesurée parallèlement audit pied de pale (40), entre ledit évidement (42) et le bord d'attaque, respectivement le bord de fuite, est variable entre lesdits pied (40) et tête de pale (41), cette variation d'épaisseur se faisant uniquement du côté de l'évidement (la revendication 1 sera recopiée ici). Figure pour l’abrégé : Fig. 3 Pale de redresseur de turbomachine, secteur de redresseur et un procédé de fabrication DOMAINE DE L'INVENTION L'invention se situe dans le domaine de l'aéronautique. La présente invention concerne plus particulièrement une pale de redresseur de turbomachine, un secteur de redresseur qui en est équipé, ainsi qu'un procédé de fabrication d'une telle pale. ETAT DE LA TECHNIQUE Certaines turbomachines comprennent une turbine basse pression et une turbine haute pression, qui récupèrent une partie de l'énergie dégagée par la combustion de carburant pour entrainer respectivement, un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, situés au niveau de l'entrée d'air de la turbomachine. Sur la figure 1 jointe qui illustre l'art antérieur, on peut voir un compresseur 1 à plusieurs étages 10, chaque étage 10 comportant successivement un redresseur 2 et une roue de rotor 3, de l'amont vers l'aval par rapport au sens d'écoulement de l'air dans la turbine (flèche V : c’est-à-dire de la gauche vers la droite sur la figure 1). Tous les rotors sont fixés sur un arbre non représenté sur la figure et entrainés simultanément en rotation. La turbine 1 présente un axe longitudinal X-X'. Chaque redresseur 2 est sectorisé, c’est-à-dire formé de plusieurs secteurs angulaires 20 de distributeur, disposés circonférentiellement bout à bout et assemblés. Chaque secteur angulaire de redresseur 20 comprend deux plates-formes en portion d'arc de cercle, disposées coaxialement l'une à l'intérieur de l'autre et reliées entre elles par des pales radiales ou sensiblement radiales 201. Ces plates-formes délimitent entre elles la veine annulaire d’écoulement des gaz dans la turbine 1. La plate-forme externe 202 comprend des moyens d'accrochage sur un carter externe 100 de la turbine 1. La plate-forme interne 203 se prolonge vers l'intérieur de la turbine par un pied radial 204 qui se termine par une embase 205. Les redresseurs de turbines, notamment les redresseurs haute pression (RDHP) en secteurs tels qu'exposé ci-dessus, sont des pièces complexes évoluant dans un environnement où ils sont très sollicités (pressions, températures et régime de rotor élevés), ce qui génère un nombre de modes et des niveaux vibratoires élevés. Les géométries actuelles de redresseurs présentent des pales identiques. Cela permet de ne pas introduire des harmoniques d’excitation supplémentaires dans la machine. En effet, une géométrie différente entre deux pales voisines, répétée de proche en proche, introduirait une nouvelle source d’excitation pour les aubes mobiles du rotor qui devraient éviter un autre croisement. Mais a contrario, une géométrie de pale strictement identique fait résonner toutes les pales à la même fréquence, de sorte que tout le redresseur peut être mis en mouvement sur cette fréquence, ce qui génère une amplification du signal. En effet, l’énergie se transmet de pale en pale par les viroles de fixation qui ont la particularité d'être très rigides. Par ailleurs, lorsque l'on procède à une simulation de pièces, le calcul de pièces digitalisées comportant des pales non strictement identiques, ce qui est dû au "mistuning", c'est-à-dire au "désaccordage" involontaire des pales en raison des écarts de fabrication, montre une atténuation du signal de réponse. Ainsi, une légère modification de la géométrie entraine une baisse de l’amplitude de réponse. De plus, lorsque l'on reporte sur un graphe les courbes de réponse dynamique en fonction de la fréquence, on constate un décalage des modes propres des pales. De même, on remarque qu’un "detuning" (c'est-à-dire un désaccordage volontaire des pales lors de leur conception) permet également d’écarter les modes en fréquence, de sorte que le cumul modal en est donc diminué. Toutefois, le design des pales, c'est à dire leur forme extérieure, est contraint par des paramètres aérodynamiques et de comportement global de la machine, de sorte que l'on a généralement renoncé à le modifier. De plus, on a aussi renoncé à modifier l'architecture des viroles de fixation des pales ainsi que leurs crochets d'attache, notamment en raison de la complexité des opérations correspondantes et de la volonté de conserver autant que faire se peut les paramètres mécaniques du redresseur. Dans ces conditions, la présente invention vise notamment à proposer une structure de pale de redresseur qui se prête facilement à une opération de "detuning", c'est-à-dire de désaccordage, sans modification des zones de la pale qui sont en interface (c'est-à-dire en contact) avec le flux d'air qui traverse la turbomachine. Ainsi, un premier aspect de l'invention se rapporte à une pale de redresseur de turbomachine, de hauteur H s'étendant entre un pied de pale et une tête de pale, caractérisée par le fait qu'elle présente un évidement interne qui est délimité par deux parois lesquelles se rejoignent respectivement au bord d'attaque et au bord de fuite de ladite pale pour y former des régions pleines opposées et en regard l'une de l'autre, et que l'épaisseur desdites régions pleines, mesurée parallèlement audit pied de pale, entre ledit évidement et le bord d'attaque, respectivement le bord de fuite, est variable entre lesdits pied et tête de pale, cette variation d'épaisseur se faisant uniquement du côté de l'évidement. Grâce à ces caractéristiques, on ne modifie aucunement la forme extérieure de la pale. Par ailleurs, les viroles de fixation sont conservées. Finalement, seule la "géométrie interne" de la pale est modifiée, ce qui est suffisant pour atténuer fortement le signal de réponse. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de cette pale, prises seules ou selon une combinaison quelconque d'au moins deux d'entre elles : - elle présente une même épaisseur nominale à 0, 50 et 100% de ladite hauteur H ; - ladite épaisseur est inférieure à l'épaisseur nominale entre 0 et 50% ainsi qu'entre 50 et 100% de ladite hauteur H ; - ladite épaisseur est supérieure à l'épaisseur nominale entre 0 et 50% ainsi qu'entre 50 et 100% de ladite hauteur H ; - elle présente la même épaisseur à 33 et 66% de ladite hauteur H ; - elle présente une variation graduelle d'épaisseur ; - ladite variation est sinusoïdale ; - elle présente une variation d'épaisseur identique dans lesdites deux régions pleines ; - l'épaisseur d'au moins une desdites deux parois est variable entre lesdites régions pleines opposées, cette variation d'épaisseur se faisant uniquement du côté de l'évidement ; - ledit évidement renferme de la poudre de métal libre ; - elle comporte au moins un raidisseur parallèle audit pied. L'invention concerne également un secteur de redresseur de turbomachine comportant un nombre N de pales, N étant un entier au moins égal à 2, qui est remarquable en ce que lesdites pales sont différentes et qu'au moins la moitié d'entre elles est conforme à l'une des caractéristiques précédentes. Avantageusement, lorsque N est au moins égal à 3, alors une pale sur deux est conforme à l'une des caractéristiques précédentes. Enfin, l'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une pale selon l'une des caractéristiques précédentes, caractérisé par le fait que l'on réalise une fabrication additive par dépôts successifs de couches de poudre métallique et fusion de celle-ci. DESCRIPTION DES FIGURES D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en relation avec les dessins annexés sur lesquels : représente, comme précisé plus haut, est une vue en coupe longitudinale d'une turbine de l'état de la technique, est une vue en coupe d'une pale selon l'invention, selon le plan II-II de la figure 3, c'est-à-dire parallèlement au pied de cette pale ; est une vue en coupe de la pale de la figure 2, selon le plan III-III de cette figure ; est un schéma montrant l'évidement de la pale selon l'invention, tel qu'il apparaît à la figure 2, destiné à expliquer la variation de l'épaisseur des parois qui délimitent cet évidement ; est une vue partielle en perspective d'une pale selon l'invention pourvue de raidisseurs ; est une vue analogue à la figure 2 représentant une coupe de la pale, à 0, 50 et 100 % de sa hauteur H ; est une vue analogue à la figure 2 représentant une coupe de la pale, à 33 et 66 % de sa hauteur H. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION La pale métallique 4 de redresseur, telle qu'elle est illustrée aux figures 2 et 3 annexées, présente la particularité de comporter un évidement interne 42 qui est délimité par deux parois courbes 43 et 44 qui se rejoignent au bord d'attaque et au bord de fuite pour y former deux régions 45 et 46 opposées et en regard l'une de l'autre. Sur la figure 3, on a référencé 40 et 41, respectivement le pied et la tête de la pale, c'est-à-dire sa base et son sommet. Par ailleurs, les viroles qui permettent sa fixation sont référencées 5. Toujours sur cette figure 3, on a désigné H la hauteur qui s'étend entre le pied 40 et la tête 41. De plus, on a repéré par des traits horizontaux les zones correspondant à 0, 33, 50, 66 et 100 % de ladite hauteur H. Conformément à une caractéristique remarquable de l'invention, l'épaisseur desdites régions pleines 45 et 46, mesurée parallèlement audit pied de pale, entre ledit évidement 42 et le bord d'attaque, respectivement le bord de fuite, est variable, cette variation d'épaisseur se faisant uniquement du côté de l'évidement 42. En d'autres termes, la géométrie de la pale 4 du côté externe des parois 43 et 44 est nullement affectée. Avantageusement et comme montré à la figure 3, cette épaisseur est la même et nominale à 0, 50 et 100% de la hauteur, tandis que cette épaisseur est inférieure à l'épaisseur nominale entre 0 et 50% ainsi qu'entre 50 et 100% de ladite hauteur H. On constate par ailleurs que la pale présente la même épaisseur à 33 et 66% de ladite hauteur H. En pratique, on préfère diminuer l'épaisseur de la pale dans la ou les zones où elle est peu sollicitée, en particulier au maitre couple car cette zone est très rigide. Dans une variante non représentée ici, l'épaisseur est la même et nominale à 0, 50 et 100% de la hauteur, tandis que cette épaisseur est supérieure à l'épaisseur nominale entre 0 et 50% ainsi qu'entre 50 et 100% de ladite hauteur H. Ici, la pale 4 présente une variation graduelle d'épaisseur, en l'occurrence sinusoïdale. Toutefois, on pourrait envisager un autre type de progression de cette épaisseur, par exemple en dents de scie, c'est à dire selon des progressions linéaires ascendantes et descendantes alternées. Selon le mode de réalisation illustré ici, la variation d'épaisseur est identique dans les deux régions pleines 45 et 46. Dans ce qui précède, la variation d'épaisseur affecte seulement les régions pleines précitées. Toutefois, il est également envisageable que l'épaisseur d'au moins une des deux parois 43 et 44 varie entre les régions pleines 45 et 46, cette variation d'épaisseur se faisant uniquement du côté de l'évidement. Ainsi, on peut se référer à la figure 4 dans laquelle on s'est contenté de représenter le contour de l'évidement 42. Le segment AB représente la corde de cet évidement. Selon un mode possible de réalisation, la largeur de l'évidement 42, mesurée perpendiculairement au segment AB est maximale à 10%, 50% et 90% de la longueur développée de l'évidement, tandis qu'elle est minimale à 25 et 75%, ainsi que le montrent les vues en coupe des figures 6 et 7. Dans tous les modes de réalisation qui viennent d'être décrits, on parvient à modifier la rigidité de la pale, par rapport à une pale pleine, c'est à dire dépourvue d'évidement mais de forme externe identique, de sorte que lorsque ces deux pales sont présentes sur un même secteur de redresseur, elles ne vibrent pas à la même fréquence. En pratique, on donne à la pale plus ou moins de raideur ou plus ou moins de masse. La raideur de la pale 4 peut être également dirigée afin de limiter le cumul de modes dont les déformées ne sont pas similaires. Ainsi et comme montré à la figure 5, on peut introduire dans la structure de la pale 4, au moins un raidisseur 6 qui s'étend parallèlement au pied 40. Ce raidisseur 6 s'étend préférentiellement en regard d'une zone ou les régions pleines 45 et 46 présentent une épaisseur. Une structure en treillis ("lattice") de la pale permettra également d’orienter sa raideur et donc de modifier la fréquence des modes dont la déformée s’applique selon une direction (par exemple : les modes de flexion versus les modes de torsion). La structure de la pale selon l'invention se prête tout particulièrement à une fabrication additive selon laquelle on procède à des dépôts successifs de poudre métallique et à la fusion de celle-ci. Dans un mode de réalisation particulier, il est possible de laisser à l'intérieur de l'évidement 42 de la matière en suspension, c'est-à-dire libre de circuler dans celui-ci, afin de provoquer un effet d’amortissement par friction. Ainsi, dans le cas d'une fabrication additive, il s'agit typiquement d'un reliquat de poudre métallique non fusionnée. Grâce à l'invention, on note une réelle amélioration de la tenue vibratoire "HCF" ("High Cycle Fatigue" pour "fatigue mégacyclique") de la pale, sans perturber ses caractéristiques aérodynamiques ni introduire un nouvel ordre d’excitation. Enfin, l'invention se rapporte à un secteur de redresseur de turbomachine. Selon une caractéristique remarquable, ce redresseur qui comporte un nombre N de pales, N étant un entier au moins égal à 2, présente des pales différentes et dont au moins la moitié sont conformes à l'une ou l'autre des caractéristiques précédemment décrites. Avantageusement, une pale sur deux est conforme à l'une de ces caractéristiques. Pale (4) de redresseur de turbomachine, de hauteur H s'étendant entre un pied de pale (40) et une tête de pale (41), caractérisée par le fait qu'elle présente un évidement interne (42) qui est délimité par deux parois (43, 44) lesquelles se rejoignent respectivement au bord d'attaque et au bord de fuite de ladite pale (4) pour y former des régions pleines opposées et en regard l'une de l'autre (45, 46), et que l'épaisseur desdites régions pleines (45, 46), mesurée parallèlement audit pied de pale (40), entre ledit évidement (42) et le bord d'attaque, respectivement le bord de fuite, est variable entre lesdits pied (40) et tête de pale (41), cette variation d'épaisseur se faisant uniquement du côté de l'évidement (42). Pale (4) selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle présente une même épaisseur nominale à 0, 50 et 100% de ladite hauteur H. Pale (4) selon la revendication 2, caractérisée par le fait que ladite épaisseur est inférieure à l'épaisseur nominale entre 0 et 50% ainsi qu'entre 50 et 100% de ladite hauteur H. Pale (4) selon la revendication 2, caractérisée par le fait que ladite épaisseur est supérieure à l'épaisseur nominale entre 0 et 50% ainsi qu'entre 50 et 100% de ladite hauteur H. Pale (4) selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée par le fait qu'elle présente la même épaisseur à 33 et 66% de ladite hauteur H. Pale (4) selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée par le fait qu'elle présente une variation graduelle d'épaisseur. Pale (4) selon la revendication 6, caractérisée par le fait que ladite variation est sinusoïdale. Pale (4) selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisée par le fait qu'elle présente une variation d'épaisseur identique dans lesdites deux régions pleines. Pale (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'épaisseur d'au moins une desdites deux parois (43, 44) est variable entre lesdites régions pleines opposées (45, 46), cette variation d'épaisseur se faisant uniquement du côté de l'évidement (42). Pale (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que ledit évidement (42) renferme de la poudre de métal libre. Pale (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins un raidisseur (6) parallèle audit pied (40). Secteur de redresseur de turbomachine comportant un nombre N de pales (4), N étant un entier au moins égal à 2, caractérisé par le fait que lesdites pales (4) sont différentes et qu'au moins la moitié d'entre elles est conforme à l'une des revendications précédentes. Secteur selon la revendication 12, dans lequel N est au moins égal à 3, caractérisé par le fait qu'une pale (4) sur deux est conforme à l'une des revendications 1 à 11. Procédé de fabrication d'une pale (4) selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que l'on réalise une fabrication additive par dépôts successifs de couches de poudre métallique et fusion de celle-ci.