Brevet FR3107562A1 — publié le 20210827

L’invention concerne une aube de turbine d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur, destinée à être montée sur un disque de rotor tournant autour d’un axe longitudinal (AX), comprenant une pale (12) s’étendant selon une direction d'envergure (EV), la pale (12) comprenant une paroi d'intrados (19) et une paroi d'extrados (21), ainsi qu’un bord de fuite (17) comprenant un bord aval d’extrados (24) et un bord aval d’intrados (26), le bord aval d’intrados (26) étant situé en amont du bord aval d’extrados (24). Le bord aval d’intrados (26) est situé à distance de la paroi d’extrados (21) selon une direction transverse, et il est relié à la paroi d’extrados (21) par des nervures (27) orientées longitudinalement et régulièrement espacées selon la direction d’envergure (EV). L’aube comprend au moins un perturbateur (29) d’écoulement situé entre deux nervures consécutives. Figure pour abrégé: Figure2 Aube de turbomachine comportant des fentes de refroidissement de son bord de fuite équipées de perturbateurs 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. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE 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. Le flux primaire est compressé par des compresseurs basse pression 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. Chaque turbine 7, 8 comporte des séries d'aubes orientées radialement et régulièrement espacées autour d'un axe longitudinal AX, un carter externe 9 entourant l'ensemble du moteur. 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 est évacué entre autres par des fentes situées au niveau du bord de fuite de l’aube pour refroidir ce bord de fuite. En pratique, il apparaît que le refroidissement du bord de fuite par ces fentes n’est pas satisfaisant car ces fentes sont à une certaine distance en amont du bord de fuite proprement dit, de sorte qu’il subsiste des points chauds au niveau de certaines portions du bord de fuite. Dans ce contexte, le but de l’invention est d’apporter une solution d’amélioration du refroidissement du bord de fuite d’une aube. A cet effet, l’invention a pour objet une aube de turbine d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur, destinée à être portée par un disque tournant autour d’un axe longitudinal, cette aube comprenant une pale s’étendant selon une direction d'envergure, la pale comprenant une paroi d'intrados et une paroi d'extrados qui se rejoignent au niveau d’un bord de fuite délimité par un bord aval d’extrados et un bord aval d’intrados, le bord aval d’intrados étant situé en amont du bord aval d’extrados, le bord aval d’intrados étant situé à distance de la paroi d’extrados selon une direction transverse normale à l’axe longitudinal et à la direction d’envergure, le bord aval d’intrados étant relié à la paroi d’extrados par des nervures orientées selon l’axe longitudinal et régulièrement espacées selon la direction d’envergure, caractérisé en ce qu’elle comporte au moins un perturbateur porté par une face interne de la paroi d’extrados ce perturbateur étant situé d’une part entre deux nervures consécutives en étant espacé de ces nervures, et d’autre part entre le bord aval d’intrados et le bord aval d’extrados en étant espacé de ces bords, un perturbateur au plus étant situé entre chaque paire de nervures. Les perturbateurs selon l’invention écartent le flux d’air chaud longeant l’intrados pour qu’il ne soit pas rabattu vers la face interne du bord de fuite, et ils canalisent un écoulement tourbillonnaire d’air frais issu d’une fente le long des nervures entourant ce perturbateur pour accroître l’échange thermique afin d’améliorer le refroidissement. L’invention concerne également une aube ainsi définie, dans laquelle chaque perturbateur a une forme de bosse dépassant de la face interne de la paroi d’extrados. L’invention concerne également une aube ainsi définie, dans laquelle chaque perturbateur a une forme de bosse oblongue orientée selon l’axe longitudinal. L’invention concerne également une aube ainsi définie, comportant plusieurs perturbateurs situés chacun entre deux nervures consécutives. L’invention concerne également une aube ainsi définie, comprenant plusieurs perturbateurs situés dans une zone médiane de son bord de fuite. L’invention a également pour objet une turbine de turboréacteur comportant une aube ainsi définie. L’invention a également pour objet un turboréacteur comportant une turbine ainsi définie. est une vue en coupe d’un turboréacteur connu; est une vue externe en perspective d’une aube selon l’invention; est une vue externe en perspective d’une portion de bord de fuite d’aube selon l’invention; est une vue locale du bord de fuite à mi hauteur selon un plan de coupe parallèle à la direction d’envergure et passant par les nervures de l’aubeselon l’invention; est une vue locale du bord de fuite de l’aube selon l’invention selon un plan de coupe perpendiculaire à l’axe d’envergure ; est un schéma illustrant l’écoulement le long de la face interne de l’extrados au niveau du bord de fuite selon l’état de la technique et selon l’invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE L’INVENTION L’aube selon l’invention, repérée par 11 sur la figure 2, comprend un pied P par lequel elle est fixée 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 dans lesquels circule de l'air de refroidissement admis par des embouchures situées à une face radialement inférieure 14 du pied P. La pale 12 a une forme vrillée autour d’un axe d’envergure EV sensiblement perpendiculaire à un axe AX de rotation du disque portant l’aube, cet axe étant un axe longitudinal du moteur. Elle comprend un bord d'attaque 16 sensiblement parallèle à la direction d’envergure EV et situé à l'amont AM ou avant de l'aube, par rapport à la direction générale de circulation des gaz. 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 base 18 et espacé de celle-ci selon la direction d’envergure EV. 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 tout en étant réunies au niveau du bord d'attaque 16, au niveau du bord de fuite 17, et dans la région du sommet S. La paroi d’intrados comporte des trous de refroidissement 22 qui la traversent et sont alimentés par un circuit de refroidissement interne pour former un film à la face externe de l’intrados 19 afin de la protéger thermiquement dans la région située en amont du bord de fuite 17. Le bord d'attaque 16 est bombé et comporte des trous de refroidissement 23 traversant sa paroi. Le bord de fuite 17 comporte une série de fentes assurant son refroidissement. Il est délimité par le bord aval 24 de la paroi d’extrados 21, et par le bord aval 26 de la paroi d’intrados qui est situé sensiblement en amont du bord 24. Au niveau du bord de fuite 17, la paroi d’intrados 19 et la paroi d’extrados 21 sont espacées l’une de l’autre tout en étant réunies par une série de nervures 27 orientées parallèlement à l’axe longitudinal AX et espacées les unes des autres le long de l’axe d’envergure EV. Chaque fente de refroidissement du bord de fuite, repérée par 28, est ainsi formée par l’interstice situé entre le bord aval 26 de la paroi d’intrados 19 et la paroi d’extrados 21, qui sont espacées l’une de l’autre selon une direction transverse c’est-à-dire normale aux axes AX et EV. Dans l’exemple des figures 2 et 3, le bord de fuite 17 est pourvu d’une quinzaine de fentes 28, et d’autant de nervures 27, par lesquelles le bord 26 est espacé de la paroi d’extrados 21. Comme visible plus clairement sur la figure 3, pour améliorer le refoidissement du bord de fuite 17, la paroi d’extrados 21 porte à sa face interne des perturbateurs 29 situés chacun entre deux nervures 27 et en aval de la fente 28 délimitée par ces nervures. Chaque perturbateur 29 modifie l’écoulement du flux d’air frais sortant de la fente 28 et longeant la face interne de la paroi d’extrados 21 en amont du bord aval 24, pour accroître localement le refroidissement de la paroi d’extrados 21. Autrement dit, chaque perturbateur 29 introduit des turbulences dans l’écoulement en aval de la fente correspondante, ce qui accroît localement les échanges thermiques entre la face interne de la paroi d’extrados 21 et l’air frais qui la longe, pour mieux la refroidir. Comme visible sur les figures 4 et 5, chaque perturbateur 29 qui a une forme de bosse dans cet exemple, est situé en aval d’une fente correspondante 28, et il est espacé de l’une et l’autre des deux nervures 27 entre lesquelles s’étend cette fente 28, selon la direction d’envergure. Dans l’exemple des figures, on prévoit au plus un perturbateur 29 entre deux nervures consécutives, la forme du perturbateur pouvant ainsi être optimisée pour favoriser un refroidissement optimal. Alternativement, on peut prévoir jusqu’à deux ou trois perturbateurs entre deux nervures consécutives, leur nombre et leurs formes étant conditionnés par les conditions d’échanges thermiques souhaitées et les impératifs de fabrication de l’aube. Ce perturbateur 29 modifie l’écoulement en aval de la fente 28pour d’une part l’écarter de la face interne d’extrados et pour d’autre part y introduire des turbulences. Plus particulièrement, dans la partie médiane, c’est-à-dire à mi-distance entre les deux nervures 27 entourant le perturbateur 29, le perturbateur 29 dévie le flux d’air frais pour l’écarter de la face interne 30 d’extrados. Ceci permet d’écarter l’air chaud provenant de la veine pour éviter qu’il se rabatte vers la face interne 30, de manière à retarder le mélange de l’air chaud de veine avec l’air frais sortant des fentes . Complémentairement, dans les parties latérales, c’est-à-dire entre le perturbateur 29 et chacune des nervures 27 qui l’entourent, l’écoulement qui est turbulent longe la face interne d’intrados et les faces des nervures. Ceci permet d’améliorer le refroidissement par conduction du bord de fuite, c’est-à-dire l’efficacité du refroidissement procuré par le flux d’air frais issu de la fente. Ce refroidissement est encore accru par l’augmentation de la surface de contact avec l’air frais résultant du relief que constituent ces perturbateurs. Ainsi, et comme représenté schématiquement sur la figure 6, en l’absence de perturbateur, l’air frais 31 issu d’une fente 28 s’écoule le long de la face interne 30 selon un écoulement laminaire offrant de fait un faible échange thermique avec cette face. Mais de plus, l’air chaud 32 ayant longé la paroi d’intrados est rabattu vers la face 30 de sorte qu’il se mélangeà l’air frais 31, pénalisant de fait le refroidissement de la face 30 au niveau du bord de fuite. Comme visible sur la figure 6, en présence du perturbateur 29 selon l’invention, l’air frais 33 issu de la fente 28 contourne le perturbateur pour s’écouler entre celui-ci et les deux fentes 28 qui l’entourent, selon un écoulement turbulent générant des échanges thermiques importants pour mieux refroidir la face 30. Mais de plus, l’air frais sortant en partie médiane de la fente 28 est écarté de la face 30 par le perturbateur, ce qui écarte aussi l’air chaud 34 ayant longé l’intrados pour qu’il ne soit pas rabattu vers la face 30. Le perturbateur 29 est positionné longitudinalement de manière à être ni trop près ni trop loin de la fente 28. Il est suffisamment éloigné de cette fente 28 pour ne pas introduire de perte de charge dans l’écoulement du fluide traversant cette fente, mais suffisamment peu éloigné de celle-ci pour écarter l’écoulement de la face interne. Dans l’exemple des figures, le perturbateur 29 a une forme de bosse à contour oblong qui s’étend longitudinalement entre le bord 26 et le bord 24 en étant espacé de ces bords. Ce perturbateur 29 est situé entre deux nervures consécutives 27 tout en étant à distance de ces nervures. Dans l’exemple des figures, le bord de fuite 17 comporte cinq perturbateurs 29 situés chacun entre deux fentes 28 consécutives, et qui sont situés sensiblement à mi-hauteur du bord de fuite 17 le long de la direction d’envergure EV. En pratique, la région située à mi-hauteur du bord de fuite est un point chaud, car les tourbillons d’écoulement au niveau du pied et du sommet de l’aube rabattent les gaz chauds vers la région située à mi-hauteur de l’aube. D’une manière générale, les perturbateurs sont placés au niveau des points chauds du bord de fuite. Ces points chauds qui ne sont pas nécessairement à mi-hauteur du bord de fuite, sont par exemple identifiés par simulation de l’écoulement fluide autour de l’aube. En pratique, ces perturbateurs permettent de réduire de 15 à 20 degrés la température des points chauds, ce qui permet d’améliorer significativement la tenue mécanique. En effet, les caractéristiques mécaniques des superalliages formant de telles aubes diminuent rapidement avec l’augmentation de température: une faible réduction de température permet d’améliorer significativement la tenue mécanique. D’une manière générale, l’aube selon l’invention est issue de fonderie, selon un procédé de fabrication mettant utilisant un noyau qui délimite entre autres les fentes de refroidissement de son bord de fuite, ce noyau pouvant le cas échéant être obtenu par fabrication additive. Les perturbateurs peuvent être définis par la partie de noyau délimitant le bord de fuite, de façon à être directement présents sur l’aube brute de fonderie. Ces perturbateurs peuvent également être rapportés par fabrication additive sur une aube brute de fonderie qui en est dépourvue. Aube de turbine d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur, destinée à être portée par un disque tournant autour d’un axe longitudinal (AX), cette aube (11) comprenant une pale (12) s’étendant selon une direction d'envergure (EV), la pale (12) comprenant une paroi d'intrados (19) et une paroi d'extrados (21) qui se rejoignent au niveau d’un bord de fuite (17) délimité par un bord aval d’extrados (24) et un bord aval d’intrados (26), le bord aval d’intrados (26) étant situé en amont du bord aval d’extrados (24), le bord aval d’intrados (26) étant situé à distance de la paroi d’extrados (21) selon une direction transverse normale à l’axe longitudinal (AX) et à la direction d’envergure (EV), le bord aval d’intrados (26) étant relié à la paroi d’extrados (21) par des nervures (27) orientées selon l’axe longitudinal et régulièrement espacées selon la direction d’envergure (EV), caractérisé en ce qu’elle comporte au moins un perturbateur (29) porté par une face interne (30) de la paroi d’extrados (21) ce perturbateur étant situé d’une part entre deux nervures (27) consécutives en étant espacé de ces nervures, et d’autre part entre le bord aval d’intrados (26) et le bord aval d’extrados (24) en étant espacé de ces bords (24, 26), un perturbateur (29) au plus étant situé entre chaque paire de nervures (27). Aube selon la revendication 1, dans laquelle chaque perturbateur (29) a une forme de bosse dépassant de la face interne (30) de la paroi d’extrados. Aube selon la revendication 2, dans laquelle chaque perturbateur (29) a une forme de bosse oblongue orientée selon l’axe longitudinal (AX). Aube selon la revendication 1 ou 2, comportant plusieurs perturbateurs (29). Aube selon l’une des revendications précédentes, comprenant plusieurs perturbateurs situés dans une zone médiane de son bord de fuite (17). Turbine de turboréacteur comportant une aube telle que définie dans l’une des revendications précédentes. Turboréacteur comportant une turbine selon la revendication 6.