Brevet FR3112369A1 — publié le 20220114

L’invention concerne un compresseur (10) contrarotatif de turbomachine comprenant : un rotor (16) ; une pluralités d’étages de premières aubes (1) montés sur le rotor (16) de manière à entrainer les premières aubes (1) dans un premier sens de rotation du rotor (11) ; au moins un étage de deuxième aubes (2) monté entre les étages de premières aubes (1) ; ledit compresseur (10) comprenant en outre, au moins un moteur électrique (21) ; au moins un étage de deuxième aubes étant entrainé en rotation par ledit au moins un premier moteur électrique (21) dans un deuxième sens de rotation contraire au premier sens de rotation. Figure pour l’abrégé : Fig. 4 Compresseur contrarotatif de turbomachine » DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L’invention concerne les compresseurs de turbomachine et plus particulièrement les compresseurs de turbomachine contrarotatifs. ETAT DE LA TECHNIQUE Une turbomachine comprend classiquement d’amont en aval dans le sens de l’écoulement des gaz une soufflante plusieurs corps de compresseurs (basse pression, haute pression et éventuellement intermédiaire), une chambre de combustion et plusieurs turbines. La figure 1 illustre une turbomachine à double corps comprenant d’amont en aval, dans le sens de l’écoulement des gaz (selon l’axe moteur AA), une soufflante 20, un compresseur basse pression 11, un compresseur haute pression 12, une chambre de combustion 13, une turbine haute pression 14 et une turbine basse pression 15. Le compresseur basse pression 11 est entrainé en rotation par la turbine basse pression par l’intermédiaire d’un arbre 16 basse pression et le compresseur haute pression est entraîné en rotation par la turbine haute pression par l’intermédiaire d’un arbre 17 haute pression. Un compresseur comprend généralement un carter annulaire à l’intérieur duquel une succession d’étages rotoriques et statoriques sont disposés. Chaque étage comprend une ou plusieurs aubes. Les aubes de l’étage rotorique sont entrainées en rotation par un arbre de transmission entrainé mécaniquement par une turbine tandis que les aubes de l’étage statorique sont fixes sur un stator. L’intérêt d’avoir plusieurs corps de compresseur est d’optimiser le rendement thermopropulsif (et plus spécifiquement sa composante thermique). Toutefois cette architecture impose des compromis de conception nuisant au rendement de chaque étage. Une alternative à cette architecture de compresseur est un compresseur composé exclusivement d’étages rotoriques contrarotatifs. Dès lors les étages d’aubes statoriques sont remplacés par des étages d’aubes rotoriques tournant dans le sens contraire des aubes rotoriques initiales. Une architecture de compresseur contrarotatif est illustrée sur la figure 2 et comprend notamment un premier arbre tournant A1 et un deuxième arbre tournant A2, chaque arbre étant entrainé en rotation par deux turbines indépendantes et contrarotatives 161, 162. Chaque arbre A1, A2 entraine en rotation les étages d’aubes 171, 172 du compresseur en amont. Ainsi, on comprendra que pour passer de la configuration de la figure 1 à la configuration de la figure 2, les aubes statoriques de la figure 1 sont maintenant mobiles en rotation. Pour ce faire, un carter externe ou interne auquel sont liées les aubes est liés aux turbines. C’est donc la rotation du carter qui entraine en rotation les aubes correspondantes. L’utilisation d’un compresseur contrarotatif est avantageuse car elle permet d’obtenir un taux de compression par étage de compression plus important que celui d’un compresseur conventionnel. En outre, pour un même taux de compression, il permet de réduire le nombre d’étages de compresseur. Bien qu’avantageuse, une architecture contrarotative est complexe puisque plusieurs arbres tournants sont nécessaires. De plus, les compresseurs de turbomachine peuvent être soumis au phénomène de pompage. Le pompage peut causer d’importants dommages au compresseur. Afin de limiter les risques de pompage, il est d’usage d’équiper les compresseurs d’un mécanisme de calage variables des aubes des étages statoriques et d’ajouter des vannes de décharges. Ces mécanismes complexifient encore l’architecture des compresseurs contrarotatifs. PRESENTATION DE L’INVENTION L’invention permet de pallier les inconvénients précités en simplifiant notamment l’architecture d’un compresseur contrarotatif. Pour atteindre ce but, l’invention concerne, selon un premier aspect, un compresseur contrarotatif de turbomachine comprenant : un rotor ; une pluralité d’étages de premières aubes montés sur le rotor de manière à entrainer les premières aubes dans un premier sens de rotation du rotor ; au moins un étage de deuxième aubes monté entre les étages de premières aubes ; ledit compresseur comprenant en outre, au moins un moteur électrique ; au moins un étage de deuxième aubes étant entrainé en rotation par ledit au moins un premier moteur électrique dans un deuxième sens de rotation contraire au premier sens de rotation. L’invention selon le premier aspect est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - le rotor est entrainé en rotation au moyen d’un deuxième moteur électrique distinct de chacun desdits au moins un premier moteur électrique ; - les deuxièmes aubes d’au moins un étage de deuxièmes aubes sont liées à leur extrémité externe par un anneau, cet anneau étant entraîné en rotation par un des au moins un moteur électrique ; - chaque premier moteur électrique fonctionne indépendamment des autres premiers moteurs électriques ; - au moins un des au moins un premier moteur électrique est asynchrone. L’invention concerne selon un deuxième aspect, une turbomachine comprenant une turbine, un arbre d’entraînement et un compresseur selon le premier aspect de l’invention, le rotor étant entrainé en rotation par la turbine. L’invention selon le deuxième aspect est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - un premier et/ou un moteur électrique est alimenté par la turbine par l’intermédiaire d’un générateur d’électricité ; - la turbine comprend des étages contrarotatifs chaque étage de la turbine étant configuré pour entrainer en rotation un étage d’un compresseur. - Elle comprend un carter dans lequel est logé un compresseur selon le premier aspect de l’invention, dans laquelle au moins un des moteurs électriques est disposé sur le carter. L’invention concerne selon un troisième aspect un aéronef comprenant une turbomachine selon le deuxième aspect de l’invention. L’invention permet notamment d’éviter l’utilisation de deux arbres tournants et donc de simplifier l’architecture du compresseur. PRESENTATION 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 regard des dessins annexés sur lesquels, outre les figures 1 et 2 déjà discutées : La figure 3 illustre schématiquement une turbomachine comprenant un compresseur contrarotatif selon l’invention ; La figure 4 illustre schématiquement une turbomachine comprenant un compresseur contrarotatif selon un mode de réalisation de l’invention ; La figure 5 illustre schématiquement une turbomachine comprenant un compresseur contrarotatif selon un mode de réalisation de l’invention ; La figure 6 illustre schématiquement une turbomachine comprenant un compresseur contrarotatif selon un mode de réalisation de l’invention ; [Fig. 7] La figure 7 illustre un compresseur selon un mode de réalisation de l’invention. Sur l’ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION La figure 3 illustre schématiquement une partie d’une turbomachine sur laquelle est visible un compresseur 10, une chambre de combustion 13 et une turbine 14, un espace annulaire d’écoulement délimité par un carter 24 externe et un moyeu interne 25 présentant un axe de rotation AA. Dans ce qui suit, les termes « intérieur » et « extérieur » sont définis par rapport à l’axe moteur AA. Le compresseur 10 peut être un compresseur haute pression, basse pression et la turbine 14 peut être haute pression ou basse pression. Le compresseur 10 comprend des étages de premières aubes 1 montés sur un rotor 16 en rotation autour d’un axe AA qui est l’axe moteur selon un premier sens de rotation. La turbine 14 comprend quant à elle plusieurs étages d’aubes contrarotatifs permettant d’entrainer un ou plusieurs rotors du compresseur. Une succession d’étages de deuxièmes aubes 2 est montée tournante autour du rotor 16. En particulier, des étages de deuxième aubes 2 sont montés entre les étages de premières aubes 1. On a alors une alternance de première aubes 1 et de deuxième aubes 2. Les premier et deuxième étages d’aubes 1, 2 sont disposés dans l’espace annulaire délimité par le carter 24 externe et le moyeu interne 25. Selon un premier mode de réalisation, illustré sur la figure 4 , le rotor 16 est entrainé en rotation par une turbine 14 et constitue un arbre de transmission. Le rotor 16 et les étages de premières aubes 1 sont alors entraînés en rotation dans le premier sens de rotation directement par la turbine 14. En outre, selon ce premier mode de réalisation au moins un étage de deuxièmes aubes 2 est entrainé en rotation par au moins un premier moteur électrique 21 selon un deuxième sens de rotation contraire au premier sens de rotation mais autour du rotor 16. La figure 4 illustre une configuration selon laquelle un étage de deuxième aubes 2 est mis en rotation au moyen d’un premier moteur électrique 21 tandis qu’un autre étage de deuxième aubes 2 est fixe. La figure 6 illustre quand elle que tous les étages de deuxième aubes 2 sont mis en rotation au moyen d’un premier moteur électrique 21. Les étages de deuxièmes aubes 2 fournissent un travail supplémentaire au travail fourni par les étages de premières aubes 1, permettant ainsi d’augmenter le taux de compression du flux. L’augmentation du taux de compression permet ainsi de réduire le nombre total d’étages et donc de réduire la longueur du compresseur 10. De plus, les étages de deuxièmes aubes 2 redressent le flux. Cela permet donc d’éviter l’utilisation d’aubes de stator et ainsi de limiter l’encombrement du moteur. Les deuxièmes aubes 2 peuvent s’étendre radialement vers l’intérieur, c’est-à-dire que la tête de l’aube est plus proche de l’axe moteur AA que le pied de l’aube. Un tel agencement des aubes permet de réduire l’encombrement du moteur. De manière avantageuse, chaque moteur électrique 21 entraîne en rotation la masse d’un seul étage de deuxièmes aubes 2. La masse entraînée en rotation par chaque premier moteur électrique 21 étant limité à un seul étage de deuxièmes aubes 2, et non pas à un rotor sur lequel sont montés tous les étages d’aubes, cela permet de diminuer le temps de réponse du moteur lors du changement de vitesse de rotation des étages de deuxièmes aubes 2. Selon un deuxième mode de réalisation, illustré sur la figure 6 , le rotor 16 peut être mis en rotation dans le premier sens de rotation par un second moteur électrique 23. Ce mode de réalisation permet de rendre la vitesse de rotation du rotor 11 indépendante de la turbine 14 et donc de contrôler la vitesse de rotation du rotor 16. Le second moteur électrique 23 est indépendant du premier moteur électrique 21. De manière complémentaire, comme illustré sur la figure 7 , chaque étage de deuxièmes aubes 2 est lié circonférentiellement à un anneau 22. Dans ce cas, chaque deuxième aube 2 d’un même étage est liée à l’anneau 22 par une de ses extrémités, par exemple par le pied de l’aube. L’anneau 22 peut, par exemple, être un anneau ferromagnétique. Ainsi, chaque anneau de chaque étage de deuxièmes aubes 2 est entrainé en rotation dans le deuxième sens de rotation par un premier moteur électrique 21. De manière avantageuse, les premiers moteurs électriques 21 peuvent être asynchrones. Dans ce cas, chaque étage de deuxièmes aubes 2 peut avoir une vitesse de rotation différente. Ce mode de réalisation permet en outre de contrôler et moduler les vitesses de rotation des étages de deuxièmes aubes 2, ce qui permet de préserver les marges au pompage et ainsi les risques de pompage. En effet, le contrôle et l’adaptation rapide de la vitesse de rotation de chaque étage de deuxièmes aubes 2 permet de contrôler l’angle d’attaque des deuxièmes aubes 2. Limiter l’angle d’attaque des aubes rotoriques, notamment des aubes rotoriques du compresseur 10 les plus en amont, permet d’éviter que les angles d’attaque n’atteignent une valeur critique causant la séparation de l’écoulement avec l’extrados des aubes rotoriques. Cela permet donc de diminuer les zones de décollement et d’augmenter les marges au décollement. On augmente ainsi les marges au pompage car le phénomène de pompage est généralement précédé du phénomène de décrochage. En conséquence, un mécanisme complexe de calage variable des deuxièmes aubes 2, qui permet classiquement de contrôler l’angle d’attaque des deuxièmes aubes 2, n’est plus nécessaire. Cela permet de simplifier l’architecture du compresseur 10. De plus, cela permet de s’affranchir du besoin de vannes de décharges qui permettent si besoin d’évacuer une partie de la surpression afin de limiter les risques d’apparition du phénomène de pompage. Cela permet donc de simplifier encore l’architecture du compresseur 10. De manière complémentaire, les moteurs peuvent être indépendants. L’indépendance des premiers moteurs électriques 21 permet d’optimiser la vitesse de rotation des étages de deuxièmes aubes 2 de sorte à adapter la vitesse de rotation de chaque étage de deuxièmes aubes 2 aux différents points de fonctionnement moteur. Ainsi, cela permet de réduire la consommation énergétique du compresseur 10, par rapport à un compresseur contrarotatif classique, en optimisant la vitesse de rotation de chaque étage de deuxièmes aubes 2. Dans un mode de réalisation, les premiers moteurs électriques 21 entraînant en rotation les étages de deuxièmes aubes 2 peuvent être disposés sur la paroi annulaire interne du carter 24. Les premiers moteurs électriques 21 sont alors disposés en face des étages de premières aubes 1. De manière complémentaire, la turbine 14 peut être reliée à un générateur électrique 30. Le générateur électrique 30 permet ainsi de transformer l’énergie mécanique fournie par la turbine 14 en énergie électrique. L’énergie électrique produite permet alors d’alimenter au moins un des premiers et deuxième moteurs électriques 21, 23 (voir aussi la figure 4). On comprendra donc que chaque premier moteur électrique 21 et/ou le deuxième moteur électrique 23 peuvent être alimentés par de l’énergie provenant de la turbine 14. De manière alternative, les premiers moteurs électriques 21, 23 peuvent, par exemple, être alimentés électriquement par une pile à combustion et/ou une batterie électrique. De manière alternative, l’énergie électrique pour alimenter les premiers et deuxième moteurs électriques 21, 23 peut être prélevée sur un endroit particulier de la turbomachine, par exemple dans un équipement électronique de la turbomachine. Dans un mode de réalisation, une turbomachine double corps peut comprendre un compresseur haute pression, un compresseur basse pression, une turbine haute pression et une turbine basse pression. Dans ce cas, un ou les deux compresseurs 10 peuvent être tels que décrits ci-avant. En complément, la turbomachine peut comprendre en outre un troisième corps dit intermédiaire, comprenant un compresseur 10 intermédiaire et une turbine intermédiaire. Dans ce cas, une partie ou tous les compresseurs 10 peuvent être tels que décrits ci-avant. Également, en complément, on peut prévoir une turbine supplémentaire, en plus de celle entrainant en rotation le rotor 16 ou les moteurs électriques. Cette turbine supplémentaire permet par exemple d’entrainer en rotation la soufflante indépendamment du reste. Grâce à l’invention, on peut bénéficier de tous les avantages d’un compresseur contrarotatif tout en limitant la complexité de son architecture. Compresseur (10) contrarotatif de turbomachine comprenant : un rotor (16) ; une pluralité d’étages de premières aubes (1) montés sur le rotor (16) de manière à entrainer les premières aubes (1) dans un premier sens de rotation du rotor (11) ; au moins un étage de deuxième aubes (2) monté entre les étages de premières aubes (1) ; ledit compresseur (10) comprenant en outre, au moins un moteur électrique (21) ; au moins un étage de deuxième aubes étant entrainé en rotation par ledit au moins un premier moteur électrique (21) dans un deuxième sens de rotation contraire au premier sens de rotation. Compresseur (10) selon la revendication 1, dans lequel le rotor (16) est entrainé en rotation au moyen d’un deuxième moteur électrique (23) distinct de chacun desdits au moins un premier moteur électrique (21). Compresseur (10) selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel les deuxièmes aubes d’au moins un étage de deuxièmes aubes sont liées à leur extrémité externe par un anneau (22), cet anneau (22) étant entraîné en rotation par un des au moins un moteur électrique (21). Compresseur (10) selon l’une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que chaque premier moteur électrique (21) fonctionne indépendamment des autres premiers moteurs électriques (21). Compresseur (10) selon l’une des revendication 1 à 4, caractérisé en ce que au moins un des au moins un premier moteur électrique (21) est asynchrone. Turbomachine comprenant une turbine (14), un arbre d’entraînement (12) et un compresseur (10) selon l’une des revendications 1 à 5, le rotor (11) étant entrainé en rotation par la turbine (14). Turbomachine selon la revendication 6, dans laquelle un premier et/ou un moteur électrique est alimenté par la turbine (14) par l’intermédiaire d’un générateur d’électricité (30). Turbomachine selon l’une des revendications 6 à 7, dans laquelle la turbine (14) comprend des étages contrarotatifs chaque étage de la turbine étant configuré pour entrainer en rotation un étage d’un compresseur. Turbomachine selon l’une des revendications 6 à 8, comprenant un carter (24) dans lequel est logé un compresseur (10) selon les revendications 1 à 5, dans laquelle au moins un des moteurs électriques (21) est disposé sur le carter (24). Aéronef comprenant une turbomachine selon l’une des revendications 6 à 9.